一種鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電鍍鋅鎳合金【技術領域】，具體涉及一種鎳含量穩(wěn)定的鋅鎳合金脈沖電鍍方法。本發(fā)明的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，包括以下步驟：（1）配制堿性鋅鎳合金電鍍液、（2）基體預處理、（3）脈沖堿性鋅鎳合金電鍍、（4）廢水回收及清洗鍍層。與直流電鍍鋅鎳合金相比，脈沖電鍍具有鍍層結晶細致，鎳含量穩(wěn)定，應力低、孔隙率低，耐蝕性優(yōu)良等特點，做到真正意義上的合金電鍍。
【專利說明】一種鏡含量穩(wěn)定的堿性鋅鏡合金脈沖電鍍方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電鍍鋅鎳合金【技術領域】，具體涉及ー種鎳含量穩(wěn)定的鋅鎳合金脈沖電鍍方法。
【背景技術】
[0002]電鍍鋅鎳合金是20世紀80年代興起的一種用于鋼鐵基體上的陽極型防護性鍍層。其通常是指鎳含量在20%以下的低鎳含量合金，此類合金鍍層不僅耐蝕性高于鍍鋅層7-10倍，且具有低氫脆性、良好的上漆性、可焊性和成型性，因而廣泛用于汽車、航天航空、輕エ、家電等鋼鐵防護。單就采用鋅鎳合金電鍍層的汽車元件而言，就已在某些歐美國家設計圖中實現(xiàn)了標準化，在日本應用范圍更廣泛。而我國起步較晚，上世紀90年代才有相關的研究報道，投入生產還是近幾年的事，并且在生產過程中不斷出現(xiàn)問題，其中電沉積層中鎳含量的控制是制約鋅鎳合金電鍍發(fā)展的一大障礙。
[0003]目前鋅鎳合金鍍液種類主要分為酸性和堿性兩種體系。
[0004]酸性鋅鎳合金電鍍電流效率在90%以上，鍍層沉積速度快，可達1 μ m/min以上，生產運行成本低，色澤光亮等優(yōu)勢。但其鍍液的均鍍能力較差，厚度分布不均，エ件高、低電流密度區(qū)鍍層中鎳含量差別較大；鍍液中成分變化大，組分需隨時分析及調整，尤其是溶液的酸度。其中專利 CN201110362502.5，CN200910094368.8，CN200680028815.4 即涉及酸性鋅鎳合金電鍍的配方及エ藝，所用電源形式均為直流。
[0005]堿性鋅鎳合金電鍍具有均鍍能力好，鍍層厚度分布相對均勻，在很大的電流密度范圍內合金鍍層比較均勻，エ藝容易操作等優(yōu)勢。隨著這種エ藝在使用的初期可以保證不同電流密度區(qū)鎳含量的均一，但是隨著生產周期的不斷延長，合金鍍層中鎳含量呈現(xiàn)下降趨勢，最終沉積層中只有鋅，這是制約鋅鎳合金電鍍得以持續(xù)發(fā)展和大規(guī)模エ業(yè)化的主要問題。為解決這ー問題，目前主要的研究熱點集中在堿性鍍液配方組分的優(yōu)化，其中專利CN94100815.0，CN02142485.3，CN200510086235.8，CN200810120050.8，CN201010501430.3，CN201110424916.6，CN201210109208.8即涉及堿性鋅鎳合金電鍍液的配方，所采用エ藝均為直流電鍍。
[0006]與直流電鍍相比，脈沖電鍍具有很多優(yōu)點，通過脈寬、周期以及占空比等脈沖參數(shù)的調節(jié)，可獲得孔隙率低、結晶細致、低應力、低氫脆及鍍層結合力好、耐蝕性優(yōu)良的電沉積層，同時脈沖電鍍還可降低濃差極化，提高陰極的電流密度，從而達到提高鍍速的作用。脈沖電鍍在貴金屬方面早有應用，近年來，在酸性鍍銅中也廣為采用，而在鋅鎳合金電沉積技術中報道甚少，也未見有關鋅鎳合金脈沖電鍍的專利報道。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的就是利用脈沖電鍍技術的優(yōu)勢，提供一種堿性體系下脈沖電鍍鋅鎳合金的方法。解決鍍層中鎳含量不穩(wěn)定的問題，同時實現(xiàn)細化晶粒，降低鍍層應力，并提高鍍層的耐蝕性。該方法屬于脈沖電鍍領域，采用單脈沖電鍍技木，通過改變脈沖電鍍各エ藝參數(shù)來實現(xiàn)上述目的。
[0008]本發(fā)明是通過下述的技術方案來實現(xiàn)的:
ー種鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，包括以下步驟:
(1)配制堿性鋅鎳合金電鍍液:配制所得的堿性鋅鎳合金電鍍液的組成為每升電鍍液中包括:10g氧化鋅,80g氫氧化鈉，15g六水硫酸鎳，15mlこニ胺，10ml四こ烯五胺,30g酒石酸鉀鈉，10g檸檬酸鈉，40ml三こ醇胺，1.5 ml 0P-10,0.5 g香草醛;
(2)基體預處理:首先對基體進行浸潰除銹，然后對基體進行電解除油，直到除凈為止；待除油完成后先用5(T60°C熱水清洗,再用流動純凈水清洗；最后在室溫下用3-5%鹽酸溶液對基體進行浸潰活化，活化時間為30-60s，活化完成后經純凈水洗，預處理完成；
(3)脈沖堿性鋅鎳合金電鍍:首先在電鍍槽內加入步驟(1)所配制的堿性鋅鎳合金電鍍液，然后將預處理好的基體與脈沖電源的陰極相連，陽極采用不銹鋼板，再整體放入電鍍槽內，室溫下進行脈沖合金電鍍，其中脈沖エ藝條件為:平均電流密度0.72飛.45A/dm2，脈寬 100-1000 μ s，周期 1000-9000 μ s ；
(4)廢水回收及清洗鍍層:待步驟(3)完成后對堿性鍍液進行廢水回收，蒸餾水清洗鍍層，即得。
[0009]0P-10是非離子表面活性劑，烷基酚聚氧こ烯醚的ー種。
[0010]上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，所述步驟(1)中配制堿性鋅鎳合金電鍍液的具體步驟如下:首先分別將稱量好的氫氧化鈉和氧化鋅攪拌均勻，加入鍍液總體積1/5的蒸餾水溶解，并充分攪拌溶解，直至溶液澄清透明，再稀釋到總體積的1/3，此溶液為1號溶液；再將稱量好的六水硫酸鎳和酒石酸鉀鈉，檸檬酸鈉分別溶解，然后混合，充分攪拌，再加入稱量好的こニ胺，四こ烯五胺和三こ醇胺，攪拌混合均勻，此溶液為2號溶液，最后將2號溶液緩慢加入1號溶液中，邊加邊攪拌，再加入香草醛、0P-10，直至鍍液呈均勻、透明的藍紫色，稀釋定容到總體積待用。
[0011]上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法中，步驟(2)中所述的基體材料為不易析氫部件，所述的浸潰除銹步驟為，在溫度30-40°C下用酸洗劑進行浸蝕除銹，待銹除凈后經過2道冷水清洗；然后對基體進行電解除油，在溫度70-80°C條件下用除油劑進行除油，電流密度為5-10A/dm2，陰陽極除油時間比為20:1，直到除凈為止。
[0012]不易析氫部件是指零件的金相組織均勻、表面光滑，無油污，易于施以金屬鍍層的部件。常見的不易析氫部件通常由高析氫過電位金屬(如Pb、Cd、Zn、Sn)制成或作為表面層的零部件，由低碳鋼和低合金鋼制成的鋼鐵零部件相對于其他組成鋼材而言，可認為是不易析氫部件。
[0013]上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，步驟(2)中所述的基體材料為易析氫部件，所述的浸潰除銹步驟為，在溫度30-40°C下用酸洗劑進行浸蝕除銹，待銹除凈后經過2道冷水清洗；然后對基體進行電解除油，在溫度70-80°C條件下用除油劑進行除油，電流密度為5-10A/dm2，只進行陽極除油，直到除凈為止。
[0014]易析氫部件是指零件金相組織不`均、表面粗糙、應カ大或表面有油污的部件，如彈黃鋼(聞碳鋼)、聞合金鋼、焊接件、柳接件、鑄鐵、薄壁件等。
[0015]上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法中，步驟(2)中所述酸洗劑包括質量濃度為15%-20%的鹽酸溶液，0.5-5g/L烏洛托品。[0016]上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法中，步驟(2)中所述除油劑為每升除油劑包括氣氧化納20g，碳酸納20g，憐酸納20g，娃酸納3g，余量為水。
[0017]優(yōu)選的，上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法中，步驟(3)中的脈沖エ藝條件為:平均電流密度1~3A/dm2，脈寬100-500μ s，周期1000 μ s~5000 μ s。
[0018]更優(yōu)選的，上述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法中，步驟(3)中的脈沖エ藝條件為:平均電流密度2~2.5A/dm2，脈寬100~300μ s，周期1000 μ s~3000 μ s。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:與直流電鍍鋅鎳合金相比，脈沖電鍍具有鍍層結晶細致，鎳含量穩(wěn)定，應カ低、孔隙率低，耐蝕性優(yōu)良等特點，做到真正意義上的合金電鍍，為鋅鎳合金電鍍エ業(yè)生產的持續(xù)發(fā)展提供技術支持。
[0020]下面通過本發(fā)明的脈沖電鍍方法與直流電鍍方法的具體實驗結果對比進行詳細說明。
[0021]當采用本發(fā)明鋅鎳合金電鍍方法的脈沖エ藝條件為平均電流密度2.5A/dm2，脈寬100 μ S，周期1000 μ S，室溫電鍍lOmin后獲得的合金鍍層與直流條件下陰極電流密度為
2.5A/dm2，室溫電鍍lOmin所得合金鍍層比較如下表1所示。
[0022]表1:結果對比
WT~ I平均孔隙率(個/cm2) I鍍層結合力I微觀形貌I自腐蝕電位(V)
脈沖電鍍0 符合要求晶粒細小，均勻 -0.765 _ 直流電鍍111_1?微起皮 I晶粒較大，有裂紋丨-0.816_
脈沖及直流電鍍下鋅鎳合金電鍍層的掃描電子顯微鏡圖片如圖1-2所示，其中圖1為
脈沖電鍍層表面SEM形貌、圖2為直流電鍍層表面SEM形貌，
由圖1和圖2比較可得脈沖條件下獲得的結晶更為細小，結晶分布均勻，無裂紋，這是
使其耐蝕性增強的主要原因。而直流條件下獲得的鍍層晶粒較粗大，分布也相對不夠均勻，
有明顯的裂隙及穿晶斷裂，說明直流電鍍下的鍍層應カ更大，這是導致其耐蝕性下降的原
因。
【權利要求】
1.ー種鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，包括以下步驟: (1)配制堿性鋅鎳合金電鍍液:配制所得的堿性鋅鎳合金電鍍液的組成為每升電鍍液中包括:10g氧化鋅,80g氫氧化鈉，15g六水硫酸鎳，15mlこニ胺，10ml四こ烯五胺,30g酒石酸鉀鈉，10g檸檬酸鈉，40ml三こ醇胺，1.5 ml 0P-10,0.5 g香草醛; (2)基體預處理:首先對基體進行浸潰除銹，然后對基體進行電解除油，直到除凈為止；待除油完成后先用5(T60°C熱水清洗,再用流動純凈水清洗；最后在室溫下用3-5%鹽酸溶液對基體進行浸潰活化，活化時間為30-60s，活化完成后經純凈水洗，預處理完成； (3)脈沖堿性鋅鎳合金電鍍:首先在電鍍槽內加入步驟(1)所配制的堿性鋅鎳合金電鍍液，然后將預處理好的基體與脈沖電源的陰極相連，陽極采用不銹鋼板，再整體放入電鍍槽內，室溫下進行脈沖合金電鍍，其中脈沖エ藝條件為:平均電流密度0.72飛.45A/dm2，脈寬 100-1000 μ s，周期 1000-9000 μ s ； (4)廢水回收及清洗鍍層:待步驟(3)完成后對堿性鍍液進行廢水回收，蒸餾水清洗鍍層，即得。
2.根據(jù)權利要求1所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在于，所述步驟(1)中配制堿性鋅鎳合金電鍍液的具體步驟如下:首先分別將稱量好的氫氧化鈉和氧化鋅攪拌均勻，加入鍍液總體 積1/5的蒸餾水溶解，并充分攪拌溶解，直至溶液澄清透明，再稀釋到總體積的1/3，此溶液為1號溶液；再將稱量好的六水硫酸鎳和酒石酸鉀鈉，檸檬酸鈉分別溶解，然后混合，充分攪拌，再加入稱量好的こニ胺，四こ烯五胺和三こ醇胺，攪拌混合均勻，此溶液為2號溶液，最后將2號溶液緩慢加入1號溶液中，邊加邊攪拌，再加入香草醛、0P-10，直至鍍液呈均勻、透明的藍紫色，稀釋定容到總體積待用。
3.根據(jù)權利要求2所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在于，步驟(2)中所述的基體材料為不易析氫部件，所述的浸潰除銹步驟為，在溫度30-40°C下用酸洗劑進行浸蝕除銹，待銹除凈后經過2道冷水清洗；然后對基體進行電解除油，在溫度70-80°C條件下用除油劑進行除油，電流密度為5-10A/dm2，陰陽極除油時間比為20:1，直到除凈為止。
4.根據(jù)權利要求2所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在干，步驟(2)中所述的基體材料為易析氫部件，所述的浸潰除銹步驟為，在溫度30-40°C下用酸洗劑進行浸蝕除銹，待銹除凈后經過2道冷水清洗；然后對基體進行電解除油，在溫度70-80°C條件下用除油劑進行除油，電流密度為5-10A/dm2，只進行陽極除油，直到除凈為止。
5.根據(jù)權利要求1所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在于，步驟(2)中所述酸洗劑包括質量濃度為15%-20%的鹽酸溶液，0.5-5g/L烏洛托品。
6.根據(jù)權利要求1所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在于，步驟(2)中所述除油劑為每升除油劑包括氫氧化鈉20g，碳酸鈉20g，磷酸鈉20g，硅酸鈉3g，余量為水。
7.根據(jù)權利要求1所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在于，步驟(3)中的脈沖エ藝條件為:平均電流密度f3A/dm2，脈寬100-500μ8，周期1000 μ s-5000 μ sD
8.根據(jù)權利要求5所述的鎳含量穩(wěn)定的堿性鋅鎳合金脈沖電鍍方法，其特征在于，步驟(3)中的脈沖エ藝條件為:平均電流密度2-2.5A/dm2，脈寬lOOlOOys，周期. 1000 μ s-3000 μ s。
【文檔編號】C25D3/56GK103451693SQ201310321460
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月29日 優(yōu)先權日:2013年7月29日
【發(fā)明者】王玥, 郭曉斐, 孫煥喜, 陳偉強, 張龍龍, 張志芳 申請人:山東建筑大學