一種鎂合金無氟化學(xué)鍍鎳溶液及其鍍鎳工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化學(xué)鍍鎳溶液及其鍍鎳工藝，具體涉及一種在鎂合金上無氟環(huán)保 型化學(xué)鍍鎳溶液及其鍍鎳工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金有許多獨特的優(yōu)點，如密度低、比強度和比剛度高，且阻尼性、切削性、鑄造 性能優(yōu)越，在汽車工業(yè)、航天航空工業(yè)、電子工業(yè)上得到了日益廣泛的應(yīng)用。雖然鎂原料豐 富，在自然資源中處于第八位，但作為結(jié)構(gòu)材料，其耐蝕性差制約了它更廣泛的使用。
[0003] 鎂合金化學(xué)鍍鎳時，需要避免鎂基底與鍍液成分強烈的腐蝕反應(yīng)和置換反應(yīng)，才 能成功施鍍。鎂合金化學(xué)鍍液與其它基體的化學(xué)鍍液的不同點在于：（1)不能含有對鎂合 金有強烈腐蝕作用的成分或離子(如cr，H+); (2)需要含有使鎂合金基體鈍化的物質(zhì)（r， OHO。鎂合金在以下兩種情況下是很穩(wěn)定的：（1)在酸性鍍液中有氟化鎂膜形成可減緩鎂 合金的腐蝕；（2)強堿性鍍液（pH> 10. 5)中生成氫氧化鎂膜可以保護(hù)鎂合金基底，避免強 烈腐蝕。
[0004] 鎂合金在一般鍍液中容易被腐蝕，如果在酸性或中性不含氟離子的鍍液中鎂合 金基底更加容易腐蝕而不能施鍍。目前，鎂合金化學(xué)鍍鎳液主要以硫酸鎳和碳酸鎳為主 鹽，其他鎳源(如醋酸鎳、次亞磷酸鎳、氨基磺酸鎳等）的價格昂貴，應(yīng)用很少。具有廣泛代 表性的兩種鍍液有：（1)如CN100471994C公開的堿式碳酸鎳為主鹽的鍍鎳液：堿式碳酸 鎳（2NiC0 3 ? 3Ni (0H)2 ? 4H20) 6 ~12g/L，次亞磷酸鈉（NaH2P02 ? H20) 6 ~20g/L，檸檬酸 (C6H807 ? H20) 20 ~24g/L，氟化氫（HF 40%) 12 ~18mL/L，硫脲（CS(NH2)2) 0? 2 ~1m g/ L，pH6. 5~8;(2)如CN101760732B公開的硫酸鎳為主鹽的鍍鎳液：硫酸鎳（NiS04 ? 6H20) 15 ~35g/L，次亞磷酸鈉（NaH2P02 ? H20) 15 ~35g/L，檸檬酸（C6H807 ? H20) 10 ~25g/L， 氟化氫（HF 40%) 6 ~14mL/L，氟化氫銨（NH4HF2) 6 ~14g/L，硫脲（CS (NH2) 2) 0? 7 ~1. 2 g/L，pH6. 8~7. 5。兩種常用鍍液中均使用了氟化物，而氟離子的存在不但使鍍槽材料 受到制約，而且氟化物的存在對人體是有害的，會加速牙齒的退化，最大的問題是氟離子廢 水很難處理，廢水處理成本很高，不能大量排放到環(huán)境中去，否則會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。 CN100476024C的堿性鍍液配方中沒有加入緩沖劑，使得化學(xué)鍍速、鍍層表觀和鍍層結(jié)合均 不理想。
[0005] 堿性化學(xué)鍍鎳受到重視，堿性化學(xué)鍍液成本低，操作方便，鍍速快，啟鍍溫度較低， 有的堿性鍍鎳工藝在室溫下進(jìn)行，能耗低，且鍍液中不含對環(huán)境污染的氟離子，鍍液后處理 簡單。但是，大多數(shù)堿性化學(xué)鍍鎳液應(yīng)用于一些非金屬材料(如PVC)的金屬鍍層，鍍層晶粒 間可能產(chǎn)生孔隙，與基體結(jié)合力較差，鍍層耐蝕性不好等問題，而酸性化學(xué)鍍層為非晶態(tài)特 征明顯的高磷鎳鍍層，鍍層均勻致密，鍍層與基體結(jié)合力良好，所以在化學(xué)鍍鎳工業(yè)應(yīng)用方 面堿性化學(xué)鍍遠(yuǎn)不及酸性化學(xué)鍍廣泛。
[0006] 鎂合金基材非常容易在中性和酸性條件下腐蝕，采用堿性化學(xué)鍍鎳可以保證鎂合 金基材的安全，然而一次性堿性化學(xué)鍍鎳其鍍層致密性差，耐蝕性不好。一次性酸性直接化 學(xué)鍍鎳離不開含氟鍍液的使用，造成鍍液處理的困難。所以，一次性化學(xué)鍍鎳，無論是酸性 鍍還是堿性鍍都不是理想的鎂合金施鍍工藝。目前，已經(jīng)有人將堿性鍍液用于鎂合金，并采 用了二次鍍鎳的方式，如CN103215574A公開方案采用堿性、中性鍍鎳二次鍍鎳方式，但是 鍍液配方中使用了價格昂貴的醋酸鎳，在堿性鍍液中加入了氟化鈉或氟化鉀，中性鍍液中 加入了氟化氫銨，鍍液中均引入了氟化物；CN100570000C公開方案采用堿性、酸性鍍鎳二 次鍍鎳方式，但是堿性和酸性鍍液中均加入了氟化氫銨，鍍液中仍然使用了氟化物，均不能 實現(xiàn)無氟環(huán)保鍍鎳，且耐蝕性和致密性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，為克服上述技術(shù)缺陷，提供一種既能避免使用氟 化物，又能在鎂合金表面形成具有良好結(jié)合力、高耐蝕性和高致密性鎳鍍層的鎂合金無氟 化學(xué)鍍鎳溶液。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是，提供一種操作簡便，無氟安全，不污染環(huán)境， 施鍍成本低的鎂合金無氟化學(xué)鍍鎳工藝。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種鎂合金無氟化學(xué)鍍鎳溶液， 包括堿性無氟化學(xué)鍍鎳溶液和酸性無氟化學(xué)鍍鎳溶液； 所述堿性無氟化學(xué)鍍鎳溶液pH值為10~12 (優(yōu)選10. 5~11. 5)，其組成為： 鎳鹽20~30 g/L (優(yōu)選25~28 g/L); 次亞磷酸鈉25~40 g/L (優(yōu)選30~35 g/L); 檸檬酸鹽25~40 g/L (優(yōu)選30~35 g/L); 碳酸鈉25~40 g/L (優(yōu)選30~35 g/L); 硫脲 〇? 2 ~0? 8 mg/L (優(yōu)選 0? 5 ~0? 7 mg/L); 所述酸性無氟化學(xué)鍍鎳溶液pH值為4~6 (優(yōu)選5. 0~5. 5)，其組成為： 鎳鹽15~30 g/L (優(yōu)選20~25 g/L); 次亞磷酸鈉15~30 g/L (優(yōu)選20~25 g/L); 朽1檬酸3~10 g/L (優(yōu)選5~8 g/L); 硫脲 〇? 8 ~1. 2 mg/L (優(yōu)選 0? 9 ~1. lmg/L)。
[0010] 進(jìn)一步，所述鎳鹽為硫酸鎳、堿式碳酸鎳、醋酸鎳或氨基磺酸鎳中的一種或幾種， 優(yōu)選硫酸鎳，因為硫酸鎳是最廉價的主鹽，選用硫酸鎳，有利于降低施鍍成本，而對本發(fā)明 而言，并不會降低鍍層質(zhì)量。
[0011] 進(jìn)一步，所述檸檬酸鹽為檸檬酸鈉或檸檬酸銨。
[0012] 在所述堿性無氟化學(xué)鍍鎳溶液中，所述次亞磷酸鈉作為還原劑，能起到提供還原 鎳離子所需要電子的作用；所述檸檬酸鹽作為配合劑，能起到與鎳離子進(jìn)行絡(luò)合以降低游 離鎳離子的濃度、控制沉積速率和提高鍍液穩(wěn)定性的作用；所述碳酸鈉作為緩沖劑，能起到 維持鍍液pH值的作用；所述硫脲作為穩(wěn)定劑，能起到阻止或推遲化學(xué)鍍鎳液的自發(fā)分解， 穩(wěn)定鍍液的作用。在強堿性環(huán)境下由于生成氫氧化鎂膜可以保護(hù)鎂合金基底，避免強烈腐 蝕，所以能成功施鍍。
[0013] 在所述酸性無氟化學(xué)鍍鎳溶液中，所述次亞磷酸鈉、硫脲的作用如上所述；所述檸 檬酸的作用與堿性無氟化學(xué)鍍鎳溶液中的檸檬酸鹽一樣，也是作為配合劑使用。由于堿性 鍍層提供了良好的活性基底和一定的防腐作用，避免了樣品在酸性鍍槽中的強烈腐蝕，所 以能獲得高結(jié)合力的鎳磷合金鍍層。
[0014] 本發(fā)明鍍鎳溶液用強堿性鍍液替代含氟鍍液進(jìn)行鎂合金基體化學(xué)鍍鎳，經(jīng)過堿性 化學(xué)鍍鎳后形成的鍍層可在酸性鍍液中保護(hù)鎂合金基底，避免鎂合金基底與酸性鍍液接觸 產(chǎn)生強烈腐蝕作用，并為酸性化學(xué)鍍鎳提供了高化學(xué)沉積活性的金屬基底，保證了酸性鍍 層有良好的致密性，本發(fā)明鍍鎳溶液填補了在無氟鍍液中的鎂合金化學(xué)鍍鎳鍍層上不能進(jìn) 行酸性鍍的工藝空白。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種鎂合金無氟化學(xué)鍍鎳工 藝，包括以下步驟：拋光，除油除脂，堿洗，酸洗，活化，堿性無氟化學(xué)鍍鎳，酸性無氟化學(xué)鍍 鎳，鈍化。
[0016] 本發(fā)明工藝所處理的鎂合金零件可以是壓鑄件或砂型鑄造零件，也可以是切削加 工后的零件。
[0017] 鎂合金無氟化學(xué)鍍鎳工藝步驟中，所述拋光包括機(jī)械或手工打磨與拋光，對于非 切削加工零件，先進(jìn)行機(jī)械打磨或拋光，拋光可采用常規(guī)電化學(xué)或化學(xué)的方式進(jìn)行；所述除 油除脂是采用超聲波用有機(jī)溶劑對待處理零件可能存在脫模劑、拋光膏等油脂進(jìn)行除油除 脂的清洗，有機(jī)溶劑可以是丙酮或汽油、煤油或三氯乙烯等。
[0018] 進(jìn)一步，所述堿性無氟化學(xué)鍍鎳的操作溫度為60~80°C (優(yōu)選70~75°C )，施鍍 的時間為35~65 min (優(yōu)選40~60 min)。