CN100398700C - 铁锰铝合金表面镀层处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁锰铝合金表面镀层处理方法。为提供一种提升镀层品质、减少镀层剥落机率、相对增加耐蚀性、延长产品使用寿命的金属非机械处理方法，提出本发明，它包括清洗铁锰铝合金表面的超音波清洗步骤、利用碱液去除铁锰铝合金表面油脂并活化铁锰铝合金表面的碱液脱脂步骤、碱液电解步骤及对铁锰铝合金表面进行镀层的电镀步骤；碱液电解步骤为利用碱液电解方式活化铁锰铝合金表面。
Description
技术领域
本发明属于金属非机械处理方法，特别是一种铁锰铝合金表面镀层处理方法。
背景技术
铁锰铝合金的研究的主要目的为取代不锈钢，因为不锈钢的镍及铬成分不仅价格昂贵，且取得不易。若能改用铝取代铬、锰取代镍，不仅价格低廉，并且来源充足。
一般而言，合金的耐蚀性不佳可借由添加足量的铬元件加以改善，不锈钢的铬含量大致为12％以上，其能够在合金的表面产生氧化膜进而避免合金继续被氧化。
然而，从公告的“低密度高延展性铁基的高尔夫球杆头合金材料”可了解铁锰合金的耐蚀性不佳，若铬含量低于5.5w.t.％时，合金无法通过5％盐雾试验标准；若铬含量大于9.0w.t.％时，合金的脆性增加延性降低，造成机械性质变差。由于上述因素，因此，铁锰铝合金的铬含量难以添加至足量，为了控制铁锰铝合金维持在优良机械性质的条件下，表面镀层处理为较佳的防锈手段。
再者，由于铁锰铝合金具有低比重、高吸震性及适当结构强度等良好的机械性质，因此，在使用铁锰铝合金制造高尔夫球杆头时，铁锰铝合金将有利于降低杆头重心位置、扩增杆头体积及相对增加击球面积以相对增加杆头击球性能。然而，在实际使用上，由于铁锰铝合金制造的高尔夫球杆头存在耐蚀性不足的缺陷，因而，业界通常需利用电镀或无电解电镀(electroless plating)方式在高尔夫球杆头的表面镀上镀层，以避免高尔夫球杆头发生生锈或腐蚀的缺陷。再者，为提升电镀品质，在进行电镀前，业界通常亦需预先进行一连串的前处理步骤，以确保镀层能紧密附着于高尔夫球杆头表面及避免镀层剥落脱离。
如图1所示，习用的合金表面电镀处理方法包含超音波清洗、脱脂、去垢、电解、活化及电镀等步骤。首先，利用超音波清洗合金的表面，以初步去除较大的污物；接着，利用化学溶液，如氢氧化纳浸渍2分钟，以去除合金表面的油脂；再利用清水进行洗濯；利用酸液，例如5％～30％的盐酸去除合金于高温加工时所生成的锈；再利用清水洗濯；利用阳极电解，例如5％～90％的硫酸，电流密度5～40A/dm2，去除合金表面的氧化膜或钝态膜；再利用清水进行洗濯；将合金表面利用酸液(15克/升至150克/升的盐酸溶液或硫酸溶液)洗濯，以活化合金表面；再利用清水进行洗濯；最后选择适当电镀方式进行电镀。
虽然，上述表面电镀处理方法广泛被业界采用，且极适用于合金钢或低碳钢制成的表面，但是上述习知方法使用于处理铁锰铝合金表面时，却无法如预期的有效提升电镀镀层的附着性。依电化学原理，分析其理由为因铁锰铝合金所含的铝元素具有高度活性及铝元素极易氧化而形成铁锰铝合金表面的钝化。因此，当铁锰铝合金表面的铝元素利用电解步骤去除氧化膜时，铝元素浸渍于高浓度酸性溶液中并在电流的加速作用下，不但无法被活化以去除氧化层(三氧化二铝)，且甚至酸液会进一步促进铝元素发生氧化钝化而形成更多氧化层，结果造成铁锰铝合金表面失去活性而不利于镀层的附着。因此，仍有必要进一步改良铁锰铝合金表面镀层处理方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升镀层品质、减少镀层剥落机率、相对增加耐蚀性、延长产品使用寿命的铁锰铝合金表面镀层处理方法。
本发明包括清洗铁锰铝合金表面的超音波清洗步骤、利用碱液去除铁锰铝合金表面油脂并活化铁锰铝合金表面的碱液脱脂步骤、碱液电解步骤及对铁锰铝合金表面进行镀层的电镀步骤；碱液电解步骤为利用碱液电解方式活化铁锰铝合金表面。
其中：
碱液脱脂步骤中的碱液为氢氧化钠、碳酸钠、矽酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠、亚磷酸钠或由上述群组的组合。
碱液脱脂步骤为在碱液加热下进行。
碱液脱脂步骤中碱液的浓度为30％至85％。
碱液脱脂步骤中碱液加热的温度介于40℃至85℃之间。
碱液脱脂步骤为利用超音波机台震荡碱液的超音波碱液脱脂步骤
为超音波碱液脱脂步骤的脱脂处理时间介于5min至15min之间。
碱液电解步骤中的碱液为氢氧化钠、碳酸钠、矽酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠、亚磷酸钠或由上述群组的组合。
碱液电解步骤中的碱液浓度为20％至80％。
碱液电解步骤为在碱液加热下进行。
碱液电解步骤中碱液加热的温度介于40℃至85℃之间。
超音波清洗步骤中的液体为有机溶剂。
在碱液脱脂步骤后及碱液电解步骤前还具有将铁锰铝合金置入酸液静置浸渍全部表面借以去除金属氧化物、氢氧化物及盐类的酸洗去垢步骤。
酸洗去垢步骤为在酸液加热下进行。
酸洗去垢步骤中的酸液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或上述群组的组合。
酸洗去垢步骤为利用超音波机台震荡酸液的超音波酸洗去垢步骤。
碱液电解步骤后及电镀步骤前还具有将铁锰铝合金浸渍酸液借以中和碱液的中和步骤。
中和步骤中酸液的浓度为10％以下。
中和步骤中的酸液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或上述群组的组合。
铁锰铝合金作为高尔夫球杆头的制作材质。
由于本发明包括清洗铁锰铝合金表面的超音波清洗步骤、利用碱液去除铁锰铝合金表面油脂并活化铁锰铝合金表面的碱液脱脂步骤、碱液电解步骤及对铁锰铝合金表面进行镀层的电镀步骤；碱液电解步骤为利用碱液电解方式活化铁锰铝合金表面。习用的高尔夫球杆头表面利用酸液电解无法活化铁锰铝合金表面，甚至反向造成铁锰铝合金表面钝化等缺陷的电镀处理方法，本发明借由高浓度的碱液电解活化铁锰铝合金表面，确保铁锰铝合金表面保持活性及避免再次纯化，有效去除氧化层及提升后续镀层的附着性，确实可提升铁锰铝合金表面的电镀品质，减少镀层剥落机率及相对增加耐蚀性，不仅提升镀层品质、减少镀层剥落机率，而且相对增加耐蚀性、延长产品使用寿命，从而达到本发明的目的。
附图说明
图1、为习用的合金表面电镀处理方法流程示意图。
图2、为本发明流程示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明包含如下步骤：
步骤一
超音波清洗
利用超音波清洗铁锰铝合金制成的杆头表面，借由超音波的高频振荡以去除杆头表面的污物及杂质。在进行超音波清洗时，其首先将铁锰铝合金制成的杆头置入超音波机台内，超音波机台利用液体清洗杆头的全部表面，液体可为软水、醇类或有机溶剂，如甲醇、乙醇、甲苯、丙酮或溴丙烷。超音波机台使用的频率较佳介于16kHz至60kHz。借此，本发明可初步去除附着于杆头表面的较大污物。
步骤二
超音波碱液脱脂
利用超音波及碱液脱脂及活化杆头表面。在进行超音波清洗后，接着再次将杆头置入碱液静置浸渍杆头全部表面，此外，碱液亦可选择利用超音波机台加以震荡。碱液的温度可为常温的温度，较佳是加热介于40℃至85℃之间；超音波机台使用的频率较佳亦介于16kHz至60kHz；碱液的浓度较佳约30％至85％的氢氧化钠、碳酸钠、矽酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠、亚磷酸钠或由上述群组的组合。其可添加适量的界面活性剂，例如，阴离子性、非离子性界面活性剂。在电化学原理上，高浓度碱液可去除杆头铁锰铝合金表面的
氧化层，主要为三氧化二铝(Al2O3)及油脂，并活化铁锰铝合金表面另一方面，超音波的振动能量可同时加速活化反应的速率。借此，本发明可确保杆头的铁锰铝合金表面的活性，并避免表面再发生钝化，因此有利于后续电镀步骤提升镀层附着性及电镀品质。再者，本发明超音波碱液脱脂步骤的处理时间较佳控制在5min至15min，如此，如避免高浓度的碱液在超音波的促进下过度侵蚀铁锰铝合金的铝元素而造成铁锰铝合金表面产生孔蚀(pitting)。
步骤三
酸洗去垢
利用酸洗以去除经过高温加工、回火后金属材料生成的厚锈。在经过超音波碱液脱脂的步骤二后，将杆头置入酸液静置浸渍杆头全部表面，借此去除杆头表面的金属氧化物、氢氧化物及盐类。此外，酸液亦可选择利用超音波机台加以震荡。酸液的温度为常温的温度，较佳为加热介于40℃至80℃之间；超音波机台使用的频率较佳亦介于16kHz至60kHz；酸液的浓度较佳约5％至30％的盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或上述群组的组合。本发明的酸洗步骤处理时间较佳控制在30sec至2min，如此，可以避免过度浸清造成的粗糙、孔蚀、变色等问题。
步骤四
碱液电解
利用电解方式再次活化杆头，以彻底去除杆头表面残余的氧化层及油脂。在进行酸洗去垢的步骤三后，利用清水洗净杆头；接着将杆头置入电解槽中，并选择使用阳极或阴极电解。电解槽使用碱液，碱液较佳浓度为约20％至80％的氢氧化钠、碳酸钠、矽酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠、亚磷酸钠或由上述群组的组合。其可添加适量的界面活性剂，例如，阴离子性、非离子性界面活性剂。碱液的温度可为常温的温度，较佳是加热介于4O℃至85℃之间。借此，在进行通电后，连接于阴极的杆头表面将产生激烈的反应气体，从而使杆头的铁锰铝合金表面的油脂、氧化层或杂质彻底脱落去除。再者，碱液电解步骤处理时间较佳控制在30sec至2min左右，以避免碱液过度侵蚀铁锰铝合金的铝元件而造成孔蚀(pitting)。
步骤五
中和
经过碱液电解的步骤四后，为避免残余碱液过度侵蚀铁锰铝合金表面而造成孔蚀，先利用清水洗净杆头，再将杆头浸渍酸液、时间约1min以下，以中和碱液电解中的碱液。酸液的浓度较佳为10％以下的盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或上述群组的组合。
步骤六
电缓
依产品需求选择使用适当的镀层方法，例如一般电镀(metalelectroplating)、无电电镀(electroless plating)、物理气相沉积(PVD，physicalvapor deposition)或离子蒸发(IP，ion plating)等。通常，杆头的铁锰铝合金表面最常形成铬的镀层。当进行铬的镀层时，其为先以一般电镀或无电电镀方式于铁锰铝合金表面镀上镍镀层，以便与铁锰铝合金表面形成较佳的初步附着；接着，在镍镀层表面进行习用的铬化制程。借此有利用于后续利用一般电镀或无电电镀方式镀上铬镀层，因而，确实有效提高铬镀层的附着性。再者，本发明在经过上述步骤的前处理后，铁锰铝合金表面除了镀镍及铬外，亦可依需求选择镀其它金属，如镍、锌、铜、镁、钛、金、银、铂、钴等。
如上所述，与习用的高尔夫球杆头表面利用酸液电解无法活化杆头的铁锰铝合金表面，甚至反向造成铁锰铝合金表面钝化等缺陷的电镀处理方法，本发明确实能借由高浓度的碱液电解活化杆头的铁锰铝合金表面，以有效去除氧化层及提升后续镀层的附着性，而使本发明具有提升镀层品质、减少镀层剥落及相对延长杆头寿命的功效。
Claims (20)
1.一种铁锰铝合金表面镀层处理方法，它包括清洗铁锰铝合金表面的超音波清洗步骤、利用碱液去除铁锰铝合金表面油脂并活化铁锰铝合金表面的碱液脱脂步骤、电解步骤及对铁锰铝合金表面进行镀层的电镀步骤；其特征在于所述的电解步骤为利用碱液电解方式活化铁锰铝合金表面的碱液电解步骤。
2.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液脱脂步骤中的碱液为氢氧化钠、碳酸钠、矽酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠、亚磷酸钠或由上述群组的组合。
3.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液脱脂步骤为在碱液加热下进行。
4.根据权利要求2所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液脱脂步骤中碱液的浓度为30％至85％。
5.根据权利要求3所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液脱脂步骤中碱液加热的温度介于40℃至85℃之间。
6.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液脱脂步骤为利用超音波机台震荡碱液的超音波碱液脱脂步骤。
7.根据权利要求6所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的超音波碱液脱脂步骤的脱脂处理时间介于5min至15min之间。
8.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液电解步骤中的碱液为氢氧化钠、碳酸钠、矽酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠、亚磷酸钠或由上述群组的组合。
9.根据权利要求8所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液电解步骤中的碱液浓度为20％至80％。
10.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液电解步骤为在碱液加热下进行。
11.根据权利要求10所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于
所述的碱液电解步骤中碱液加热的温度介于40℃至85℃之间。
12.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的超音波清洗步骤为超音波机台利用一液体清洗铁锰铝合金表面，且该液体为有机溶剂。
13.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的在碱液脱脂步骤后及碱液电解步骤前还具有将铁锰铝合金置入酸液静置浸渍全部表面借以去除金属氧化物、氢氧化物及盐类的酸洗去垢步骤。
14.根据权利要求13所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的酸洗去垢步骤为在酸液加热下进行。
15.根据权利要求13所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的酸洗去垢步骤中的酸液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或上述群组的组合。
16.根据权利要求13所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的酸洗去垢步骤为利用超音波机台震荡酸液的超音波酸洗去垢步骤。
17.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的碱液电解步骤后及电镀步骤前还具有将铁锰铝合金浸渍酸液借以中和碱液的中和步骤。
18.根据权利要求17所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的中和步骤中酸液的浓度为10％以下。
19.根据权利要求17所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的中和步骤中的酸液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸或上述群组的组合。
20.根据权利要求1所述的铁锰铝合金表面镀层处理方法，其特征在于所述的铁锰铝合金作为高尔夫球杆头的制作材质。
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