CN101457365B - 一种退除基材表面氮化铬膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于退除氮化铬膜的化学退除方法，该方法包括将一种化学溶液与氮化铬膜接触一段时间，然后用水清洗基材、吹干，再将一种酸性溶液与氮化铬膜接触，用水清洗基材、吹干，重复上述步骤直至氮化铬膜完全退除。本发明提供的用于退除氮化铬膜的方法能够在不损伤耐碱、耐酸基材表面的情况下，稳定、有效地退除基材表面的氮化铬镀层。

Description

一种退除基材表面氮化铬膜的方法

技术领域

本发明是关于一种对基材无损伤的退除氮化铬膜的方法。

背景技术

硬质膜镀覆技术是对材料表面进行强化、提高材料性能的重要手段，因而在工业领域有着广泛的应用。然而，在有些情况下，如工件经过长期使用后，表面的镀层被严重损伤和老化或者在生产中，镀层不符合品质要求，又需要对镀膜进行退除、返工重镀处理。因此，如何在不损伤基材的情况下，将镀层从基材表面完全除去，是工业生产和应用领域面临的一个非常重要的问题。

通常对基材表面的镀膜进行退镀的方法有3种，一是机械法，机械法操作工艺简单，但是对复杂零件退镀困难，而且对基材表面的损伤比较大；二是电解法，电解法具有退镀速度快、综合成本低等优点，但需专用电源，一次性投入大，对复杂零件退镀困难，盲孔内镀层退除效果差；三是化学法，化学法投入小，工艺简便，对零件要求不高，适用几何形状复杂的工件，且可做到退镀均匀，使用较普遍。

氮化铬(CrN)膜层具有高硬度、强抗蚀性、耐高温氧化、超高附着性以及可在低温范围(200-400℃)加工处理等特性，在机械部件、模具和五金刀具等行业有着广泛应用。但是，目前还没有一种能在不损伤基材表面的情况下，有效退除氮化铬膜层的方法。

发明内容

本发明的目的是为解决目前还没有能够在不损伤基材表面的情况下，稳定、有效地退除CrN镀层的化学退除方法的问题，提供一种能在不损伤基材表面的情况下，有效退除氮化铬镀层的化学退除方法。

一种用于退除基材表面的氮化铬膜的方法，包括将一种化学溶液与基材接触，还包括将与碱性溶液接触后的基材与酸性溶液接触。该化学溶液包括含高锰酸钾和碱性化合物的碱性溶液。所述碱性化合物为氢氧化钾和/或氢氧化钠。其中，所述高锰酸钾的浓度为0.01-2mol/L，所述的碱性化合物的浓度为0.001-2mol/L。该酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸中的至少一种的水溶液。酸性溶液的浓度为0.001-10mol/L。

在所述基材与所述碱性溶液或与所述酸性溶液接触后对基材进行清洗、干燥。所述基材为耐碱并耐酸的基材。

本发明提供的退除氮化铬膜的方法能够在不损伤耐碱并耐酸基材表面的情况下，稳定、有效地退除基材表面的氮化铬膜层。

附图说明

图1为退除氮化铬膜前的不锈钢基材表面的X射线光电子能谱(XPS)谱图。

图2为退除氮化铬膜后的不锈钢基材表面的XPS谱图。

具体实施方式

本发明提供的用于退除氮化铬膜层的方法包括先用一种化学溶液浸泡所述氮化铬膜基材，处理一定时间后取出基材，用水清洗、吹干，接着用一种酸性溶液浸泡所述氮化铬膜，除去表面生成的浅黄色氢氧化物沉淀物，然后取出基材，用水清洗、吹干，再用上述化学溶液浸泡所述氮化铬膜，如此循环数次。通过XPS分析基材表面元素，若没有检测到氮元素，即氮化铬镀层已完全退除，若还能检测到氮元素，则还需要进行退镀。退镀循环次数以测试结果显示出氮化铬膜层完全退除时所需进行循环的次数为准，也可增加1-5次。其中，当所退除的氮化铬膜层的厚度小于0.5μm时，酸性溶液还可以不用，即省去了用酸性溶液浸泡基材这一步。

上述化学溶液包括含高锰酸钾和碱性化合物的碱性溶液。

所述碱性化合物可以为现有的各种不与高锰酸钾发生反应的水溶性碱性化合物，优选为碱性金属氢氧化物，更优选为氢氧化钾和/或氢氧化钠。

所述酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸中的至少一种。

所述碱性水溶液中，高锰酸钾的浓度可以为0.05-2mol/L，优选为0.3-1mol/L，更优选为0.5-0.8mol/L，碱性溶液中碱性化合物的浓度可以为0.001-2mol/L，优选为0.01-1mol/L，更优选为0.2-1mol/L；所述酸性溶液的浓度可以为0.001-10mol/L，优选为0.01-4mol/L，更优选为0.1-2mol/L。

所述高锰酸钾和碱性化合物的碱性溶液通过将高锰酸钾和碱性化合物溶于水制得，所述酸性溶液通过将酸性化合物溶于水或将酸性化合物水溶液用水稀释制得，高锰酸钾、碱性化合物以及酸性化合物/酸性化合物的水溶液的用量能够使得到的溶液中各自的浓度在上述范围内即可。

本发明提供的用于退除氮化铬膜层的方法中，用高锰酸钾的碱性溶液浸泡所述氮化铬膜的时间可为2-400分钟，优选为5-60分钟，更优选为10-30分钟；用酸性溶液浸泡所述氮化铬膜的时间以能除去氮化铬表面生成的浅黄色氢氧化物沉淀物为准，优选为5-180秒钟，更优选为10-60秒。

本发明提供的用于退除氮化铬膜的方法可以用于退除各种基材表面的氮化铬膜，所述基材优选为耐碱并耐酸的基材。所述耐碱并耐酸的基材包括但不限于钢、合金钢和镍基合金。

下面以实施例对本发明提供的氮化铬膜化学退除方法作进一步描述。

实施例1

氮化铬膜化学退除溶液制备：将20g氢氧化钠和63g高锰酸钾溶于1升去离子水中，搅拌混合均匀，得到高锰酸钾浓度为0.4mol/L、氢氧化钠浓度为0.5mol/L的碱性混合溶液A。

氮化铬膜化学退除方法：

1.利用真空离子镀膜技术(深圳市振恒实业有限公司，型号ZHC-800)在不锈钢(40mm×80mm×1mm，东莞市榕佳不锈钢原材料公司，304型)表面镀上一层氮化铬膜，厚度为0.3μm。

2.将镀有氮化铬膜的不锈钢基材浸入碱性混合溶液A中浸泡15分钟，取出基材，用水清洗干净，热风吹干。

按以上操作即可将0.3μm氮化铬膜层完全退除，且对不锈钢基材不造成损伤。

实施例2

氮化铬膜化学退除溶液制备：将20g氢氧化钠和32g高锰酸钾溶于1升去离子水中，搅拌混合均匀，得到高锰酸钾浓度为0.2mol/L、氢氧化钠的浓度为0.5mo1/L的碱性混合溶液B；配制浓度为0.008mol/L的硝酸溶液。

氮化铬膜化学退除方法：

1.利用真空离子镀膜技术(同实施例1)在不锈钢(同实施例1)表面镀上一层氮化铬膜，厚度为0.8μm。

2.将镀有氮化铬膜的不锈钢基材浸入碱性混合溶液B中浸泡30分钟，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

3.将上述基材转入上述盐酸溶液中浸泡15秒钟，去除氮化铬膜层表面生成的浅黄色沉淀物之后，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

4.重复上述2、3步操作累计共4次。

按以上操作即可将2μm氮化铬膜层完全退除，且对不锈钢基材不造成损伤。

实施例3

氮化铬膜化学退除溶液制备：将8g氢氧化钠和95g高锰酸钾溶于1升去离子水中，搅拌混合均匀，得到高锰酸钾浓度为0.6mol/L、氢氧化钠的浓度为0.2mol/L的碱性混合溶液C；配制浓度为0.5mol/L的硫酸溶液。

氮化铬膜化学退除方法：

1.利用真空离子镀膜技术(同实施例1)在不锈钢(同实施例1)表面镀上一层氮化铬膜，厚度为3μm。

2.将镀有氮化铬膜的不锈钢基材浸入碱性混合溶液C中浸泡10分钟，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

3.将上述基材转入上述硫酸中浸泡20秒钟，去除氮化铬膜层表面生成的浅黄色沉淀物之后，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

4.重复上述2、3步操作累计共8次。

按以上操作即可将5μm氮化铬膜层完全退除，且对不锈钢基材不造成损伤。

实施例4

氮化铬膜化学退除溶液制备：将0.45g氢氧化钾和95g高锰酸钾溶于1升去离子水中，搅拌混合均匀，得到高锰酸钾浓度为0.6mol/L、氢氧化钾的浓度为0.008mol/L的碱性混合溶液D；配制浓度为0.05mol/L的盐酸溶液。

氮化铬膜化学退除方法：

1.利用真空离子镀膜技术(同实施例1)在不锈钢(同实施例1)表面镀上一层氮化铬膜，厚度为4μm。

2.将镀有氮化铬膜的不锈钢基材浸入碱性混合溶液D中浸泡8分钟，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

3.将上述基材转入上述硝酸溶液中浸泡30秒钟，去除氮化铬膜层表面生成的浅黄色沉淀物之后，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

4.重复上述2、3步操作累计共10次。

按以上操作即可将5μm氮化铬膜层完全退除，且对不锈钢基材不造成损伤。

实施例5

氮化铬膜化学退除溶液制备：将28g的氢氧化钾和111g的高锰酸钾溶于1升去离子水中，搅拌混合均匀，得到高锰酸钾浓度为0.7mol/L、氢氧化钾的浓度为0.5mol/L的碱性混合溶液E；用硫酸和盐酸配制浓度为1mol/L的混合酸。

氮化铬膜化学退除方法：

1.利用真空离子镀膜技术(同实施例1)在不锈钢(同实施例1)表面镀上一层氮化铬膜，厚度为5μm。

2.将镀有氮化铬膜的不锈钢基材浸入碱性混合溶液E中浸泡15分钟，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

3.将上述基材转入上述混合酸溶液中浸泡15秒钟，去除氮化铬膜层表面生成的浅黄色沉淀物之后，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

4.重复上述2、3步操作累计共10次。

按以上操作即可将5μm氮化铬膜层完全退除，且对不锈钢基材不造成损伤。

实施例6

氮化铬膜化学退除溶液制备：将28g的氢氧化钾和190g的高锰酸钾溶于1升去离子水中，搅拌混合均匀，得到高锰酸钾浓度为1.2mol/L、氢氧化钾的浓度为0.5mol/L的碱性混合溶液F；用硝酸和盐酸配制浓度为5mol/L的混合酸。

氮化铬膜化学退除方法：

1.利用真空离子镀膜技术(同实施例1)在不锈钢(同实施例1)表面镀上一层氮化铬膜，厚度为5μm。

2.将镀有氮化铬膜的不锈钢基材浸入碱性混合溶液F中浸泡15分钟，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

3.将上述基材转入上述混合酸溶液中浸泡15秒钟，去除氮化铬膜层表面生成的浅黄色沉淀物之后，取出基材，用水冲洗干净，热风吹干。

4.重复上述2、3步操作累计共8次。

按以上操作即可将5μm氮化铬膜层完全退除，且对不锈钢基材不造成损伤。

实施例7-12

将实施例1-6中的基材(不锈钢)替换为高速钢(40mm×80mm×1mm，深圳市恒隆模具钢材有限公司，M2型)，氮化铬膜化学退除溶液的组分和制备方法，以及氮化铬膜的化学退除方法都不变。

经退镀液处理后，高速钢基材表面氮化铬膜层完全退除，且基材表面未被损伤。

实施例13-18

将实施例1-6中的基材(不锈钢)替换为镍基合金(40mm×80mm×1mm，上海鹰霸金属材料有限公司，800H型)，氮化铬膜化学退除溶液的组分和制备方法，以及氮化铬膜化学退除方法都不变。

经退镀液处理后，通过XPS检测镍基合金基材表面氮化铬膜层完全退除，且基材表面未被损伤。

对实施例1退镀前后的基材表面进行XPS测试，测试条件如下：

X射线光电子能谱仪：美国PHI公司的PHI5800多功能X射线光电子能谱仪；

仪器配置及测试条件：激发源为单色的A1的X射线，分析直径为□800微米，用电子中和枪对元素结合能进行荷电效应校正；

仪器数据处理软件为：multipark；

仪器分辨率：Ag3d5/20.5eV；

工作真空度：3×10^-9torr；

室内无腐蚀性气体、强烈的机械振动和电磁干扰。

测试得到退镀前后基材表面的X射线光电子能谱特征峰，分别为图1和图2所示。

图1中XPS谱图显示退镀前的不锈钢基材表面含有氮元素；图2中XPS谱图显示，退镀后基材表面不含氮元素。综上所述，附图1和2说明氮化铬镀层已完全退除。

对上述实施例1-实施例18的氮化铬膜退除效果进行目测，退镀前后基材表面颜色不同，且退镀后基材表面颜色与未镀膜基材表面颜色一致；退镀后基材表面与未镀膜基材表面相比，未出现粗糙、凹槽等受损伤的现象。因此，利用本发明的退镀方法能有效地退除所述氮化铬膜，而且基材未受到损伤。

Claims (7)

1.一种用于退除基材表面的氮化铬膜的方法，包括将一种化学溶液与基材接触，所述化学溶液包括含高锰酸钾和碱性化合物的碱性溶液；所述高锰酸钾的浓度为0.01-2mol/L，所述的碱性化合物的浓度为0.001-2mol/L。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将与权利要求1所述的化学溶液接触后的基材与一种酸性溶液接触。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碱性化合物为氢氧化钾和/或氢氧化钠。

4.根据权利要求2所述的方法，该酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸中的至少一种的水溶液。

5.根据权利要求2所述的方法，其中酸性溶液的浓度为0.001-10mol/L。

6.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在所述基材与所述碱性溶液或与所述酸性溶液接触后对基材进行清洗、干燥。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基材为耐碱并耐酸基材。

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