CN100467668C - 一种钢铁抗腐蚀化学镀层的制备方法 - Google Patents
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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
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、钨、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镀层，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-氨缓冲介质，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℃；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；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。
上述化学镀的镀液的配制方法如下:将7.8～12.4g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。
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3.0mg·cm-2·h-1)，所得镀层锌含量13.0～30.0原子百分比(at％)，磷含量10.0～19.0at％。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。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0.6mg·cm-2(一个月)，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0.4mg·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90℃；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22.0g，柠檬酸三钠77.4g，硼酸31.0g，余量为蒸馏水。
上述化学镀的镀液的配制方法如下:将10.08g硫酸镍、5.65g硫酸锌、22.0g次亚磷酸钠、77.4g柠檬酸三钠、31.0g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％)氢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(CrO3)40.0g/L、冰醋酸40.0ml/L、成膜促进剂10.0g/L和硝酸银0.45g/L，钝化处理时间为1.0分钟。封闭处理的溶液组成是:每升溶液中含:硅酸钠140.0g/L、氟化氢铵2.0g/L和氢氧化锂0.2g/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℃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、氟化氢铵和氢氧化锂，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80～95℃；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7.8～12.4g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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