CN100467668C - 一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法 - Google Patents

一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法,其先将钢铁表面打磨抛光,除油,酸洗,活化后再在恒温水浴中恒温加热进行化学镀镍-锌-磷(Ni-Zn-P)镀层,恒温温度在80~95℃。本发明获得的化学镀镍-锌-磷镀层具有晶态结构,外观层暗灰色,平滑致密,镀层与基体钢铁结合力强,而且镀液稳定性高,沉积速度较快,所得镀层锌含量13.0~30.0原子百分比(at%),磷含量10.0~19.0at%。对该镀层采用钝化等后处理,可进一步提高其耐腐蚀性能。本发明的化学镀液体系由于使用了硼酸(一种缓冲剂),可提高镀层中锌的含量和大幅度提高该镀层的沉积速率。该镀层能使钢铁在海洋性环境下具有优异的抗腐蚀性能,镀层在海洋性环境中不生锈、不起锌镀层引起的“白霜”,累计失重不超过0.4mg·cm-2(四个月),是一种理想的代替镉镀层。

Description

一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备钢铁抗腐蚀化学镀层的方法,属金属表面处理化 学镀领域。
背景技术
化学镀镍-磷合金由于在镀层中引入磷,特别是当磷含量较高时所得镀
层为非晶态结构,具有好的耐腐蚀性能。对于多元化学镀层,例如镍-磷-M(M 是下列任何元素之一:铬、钼、鵠、稀土等),由于在镀层中引入耐腐蚀的 第三元组分M (研究表明M在镀层中含量不高),使该镀层也具有良好的耐 腐蚀性能。但是以上这些化学镀层相对于钢铁均为阴极保护li层,存在一 旦镀层破损或致密性较差,则会极大地加速钢铁的腐蚀的缺陷。例如中国 专利申请号:89104018,发明人为沈伟等,发明名称为"化学镀覆高耐蚀 性非晶态镍磷合金的溶液及方法"。该发明考虑了镀层磷含量和镀层致密性 对耐腐蚀性能的影响,得到了具有一定耐腐蚀能力的镍-磷镀层,但实际应 用表明,该镀层的耐腐蚀性能远不能满足钢铁在海洋性环境下抗腐蚀的要 求。又例如中国专利申请号:CN01112670. 1,发明名称为"耐海水腐蚀镍 基多元合金的酸性化学镀液"。通过在镀层中加入铜防止海洋生物的吸附, 但该镀层相对于钢铁仍然为阴极保护镀层。在钢铁表面电镀锌基合金(如 锌-镍、锌-铁合金等)在海洋性环境下具有优异的抗腐蚀性能,可作为"代 替电镀镉层"。例如中国专利申请号:94100815.0,发明人为蔡加勒等,发
明名称为"碱性电镀光亮锌镍合金方法"。但该合金在使用过程中存在溶解 速度太快,而且腐蚀过程中会产生锌引起的典型"白霜,,等问题,因此限
制了它的应用。美国专利申请号:4758479,发明人为Swathirajan S.等, 关于电沉积锌-镍-磷(Zn-Ni-P)合金,也在一定程度上存在上述二元锌基 合金使用过程中出现的问题。而且这些镀层由于电镀时镀层表面电流密度 分布不均,造成镀层的厚度不均匀,特别是在几何形状复杂的基体表面所 得镀层厚度很不均匀,使该镀层的应用受到很大限制。美国专利申请号: 5304403,发明人为Schlesinger M等,报道了在碱性溶液中化学镀镍-锌-磷 ( Ni-Zn-P ) 镀层, 由于采用氯化铵-氨緩冲介质,该化学镀液在沉积过 程会产生刺激性的氨气,而且沉积速度很低,使该技术几乎不能推广应用。
发明内容
本发明目的在于克服以上所述技术中的不足,提供一种相对于钢铁为 阳极保护镀层、并且抗海洋性环境腐蚀强的化学镀层的制备方法。
本发明的技术方案是这样的: 一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法, 先将钢铁表面打磨抛光,除油,酸洗,活化后再在恒温水浴中恒温加热进 行化学镀镍-锌-磷镀层,恒温温度在80〜95"C;上述化学镀的镀液配方是: 每升溶液中含:硫酸镍7. 8~12. 4 g/L,硫酸锌8. 1 ~ 3. 2g/L,次亚磷酸钠 8. 8 ~ 26. 5g./L,柠檬酸三钠51.6~103. 6 g/L,硼酸12. 4 ~ 49. 6g/L,余量 为蒸馏水;再依次对上述镍-锌-磷镀层进行钝化处理和封闭处理,钝化处 理的溶液配方是:每升溶液中含:铬酐20.0 - 60.0 g/L、冰醋酸20. 0~ 60.0 ml/L、作为成膜促进剂的聚乙烯醇或聚乙二醇5. 0-20. 0 g/L和硝酸
银0.3~0. 6 g/L,钝化处理时间为0. 5~1. 5分钟;封闭处理的溶液組成 是:每升溶液中含:硅酸钠100. 0 ~ 220. 0 g/L、 氟化氬铵1. 0 ~ 3. 0 g/L 和氢氧化锂0.1 ~ 0. 3 g/L,封闭处理时间为3. 0 ~ 8. 0分钟。
上述化学镀的镀液的配制方法如下:将7. 8 ~ 12. 4 g硫酸镍、8. 1 ~ 3. 2g 硫酸锌、8. 8 ~ 26. 5g次亚磷酸钠、51. 6-103. 6g柠檬酸三钠、12. 4 ~ 49. 6g 硼酸溶解于蒸镏水中,稀释至接近的溶度,用重量百分比浓度为10w"/。的氬 氧化钠溶液调解镀液的pH至7. 5 ~ 10. 0,用水进一步稀释至溶液的体积为 l.O升。
采用上述方案后,本发明获得的化学镀镍-锌-磷镀层具有晶态结构, 外观层暗灰色,平滑致密,镀层与基体钢铁结合力强。而且镀液稳定性高, 沉积速度较快(可达3. 0 mg • cnf2 .『1),所得镀层锌含量13. 0 ~ 30. 0原子 百分比(at。/。),磷含量10. 0~19. Oat%。本发明的化学镀液体系由于使用 了硼酸(一种緩冲剂),可提高镀层中锌的含量和大幅度提高该镀层的沉积 速率,该镀层能使钢铁在海洋性环境下具有优异的抗腐蚀性能。该镀层在 3.5% (重量百分比wt%)氯化钠溶液中比钢铁开路电位更负一些,因此该 镀层相对于钢铁为阳极镀层,保护钢铁的机理为牺牲阳极的阴极保护法。 浸泡实验表明,该镀层在海洋性环境中不生锈、不起锌镀层引起的"白霜", 累计失重不超过0.6 mg.cm,—个月),抗海洋性环境腐蚀强,是一种理想 的代替镉镀层。并且本发明还对镀层进行钝化和封闭处理,经过钝化处理 和封闭处理后的镀层,浸泡在3. 5%氯化钠溶液中不生锈,不起锌镀层引起 的"白霜",累计失重不超过0.4 mg.cm-2 (四个月),进一步提高了其耐腐 蚀性能。
具体实施方式
本发明一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法,通过如下方案实现:先 将钢铁表面打磨抛光,除油,酸洗,活化后再在恒温水浴中恒温加热进行 化学镀镍-锌-磷镀层,恒温温度在9G°C;上述化学镀的镀液配方是:每升 溶液中含:硫酸镍10. 08g,硫酸锌5. 65g,次亚磷酸钠22. Og,柠檬酸三钠 77. 4g,硼酸31.0g,余量为蒸镏水。
上述化学镀的镀液的配制方法如下:将10. 08 g硫酸镍、5. 65g硫酸锌、 22. Og次亚磷酸钠、77. 4g柠檬酸三钠、31. Og硼酸溶解于蒸馏水中,稀释 至接近的溶度,用10wt% (重量百分比wt%)氲氧化钠溶液调解镀液的pH 至9. 0,用水进一步稀释至溶液的体积为1. 0升。
本发明为了进一步提高镍-锌-磷镀层的耐腐蚀能力,对该镀层进行了 钝化处理,钝化处理由钝化和封闭处理两个过程组成,对镀层先钝化再封 闭处理。钝化处理的溶液配方是:每升溶液中含:铬酐(003 ) 40. 0 g/L、 水醋酸40.0 ml/L、成膜促进剂10.0 g/L和硝酸银0.45 g/L,钝化处理 时间为1. G分钟。封闭处理的溶液组成是:每升溶液中含:硅酸钠140. Qg/L、 氟化氬4耍2. 0 g/L和氢氧化锂0. 2 g/L,封闭处理时间为5. 0分钟。此处 的成膜促进剂可用聚乙烯醇或聚乙二醇等水溶性高分子化合物。
上述钝化处理溶液的配制方法如下:先用蒸馏水溶解计量的铬酐,可 用搅拌或低于80。C的恒温水浴加速溶解,然后依次加入计量的冰醋酸、成 膜促进剂和硝酸银,用水稀释至要求的溶度。
上述封闭处理的溶液的配制方法如下:用蒸馏水依次溶解计量的硅酸 钠、氟化氢铵和氲氧化锂,用水稀释至要求的溶度即可。

Claims (2)

1、一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法,先将钢铁表面打磨抛光,除油,酸洗,活化后再在恒温水浴中恒温加热进行化学镀镍-锌-磷镀层,恒温温度在80~950C;上述化学镀的镀液配方是:每升溶液中含:硫酸镍7.8~12.4g/L,硫酸锌8.1~3.2g/L,次亚磷酸钠8.8~26.5g/L,柠檬酸三钠51.6~103.6g/L,硼酸12.4~49.6g/L,余量为蒸馏水;其特征在于:再依次对上述镍-锌-磷镀层进行钝化处理和封闭处理,钝化处理的溶液配方是:每升溶液中含:铬酐20.0~60.0g/L、冰醋酸20.0~60.0ml/L、作为成膜促进剂的聚乙烯醇或聚乙二醇5.0~20.0g/L和硝酸银0.3~0.6g/L,钝化处理时间为0.5~1.5分钟;封闭处理的溶液组成是:每升溶液中含:硅酸钠100.0~220.0g/L、氟化氢铵1.0~3.0g/L和氢氧化锂0.1~0.3g/L,封闭处理时间为3.0~8.0分钟。
2、根据权利要求1所述的一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法,其特 征在于:上述化学镀的镀液的配制方法如下:将7. 8 ~ 12. 4 g硫酸镍、8. 1 ~ 3. 2g硫酸锌、8. 8~26. 5g次亚磷酸钠、51. 6 ~ 103. 6g柠檬酸三钠、12. 4 ~ 49. 6g硼酸溶解于蒸馏水中,稀释至接近的溶度,用重量百分比浓度为10wt% 的氢氧化钠溶液调解镀液的pH至7. 5 ~ 10. 0,用水进一步稀释至溶液的体 积为1. 0升。
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