CN101775606A - 一种镁合金的镀镍工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镁合金的镀镍工艺方法。(1)对经过前处理的镁合金进行等离子体电解氧化。(2)活化与还原，将0.5～1g/L的PdCl₂、1～3g/L的NaCl和4～6g/L的EDTA(乙二胺四乙酸)配成活化溶液，加热到30℃～35℃，活化5～10分钟；活化完成之后用去离子水清洗；然后用2.5wt％～3wt％次亚磷酸钠溶液进行还原处理，得到化学镀镍的催化中心。(3)表面镀镍。本发明在化学镀镍前，采用等离子体电解氧化工艺，避免了基体和镀层的电偶腐蚀。使用乙酸镍配置化学镀镍的镀液，溶液的pH值为6.2～6.5，能够克服普通化学镀工艺中用硫酸镍、氯化镍配置镀液时SO₄ ^2-、Cl^-对镁合金基体造成腐蚀的缺点。

Description

一种镁合金的镀镍工艺方法

技术领域

本发明涉及的是一种镁合金的表面处理方法，具体涉及一种镁合金的镀镍工艺方法。

背景技术

镁的密度是1.74g/cm³，镁合金是金属结构材料中最轻的，其比强度比某些高强钢和铝合金都高，还具有良好的铸造性，电屏蔽性，抗冲击减震性，无毒和可回收性等，被誉为“21世纪绿色工程金属”。为降低汽车能耗，减少废气排放，用镁合金替代汽车上的钢铁构件是必然选择，镁合金在汽车工业界正受到越来越多的关注，例如不少汽车公司在仪表板、转向部件、进气歧管、凸轮轴盖等部件上开始应用镁合金。有专家认为将来在每辆汽车上应用的镁合金有可能达到50kg。但是镁合金的耐腐蚀性能和耐磨性能差成为了镁合金推广应用的瓶颈，为了解决这一问题，从表面处理的角度入手提高其性能是一种比较经济有效的方法。

传统的表面处理工艺可以分为表面改性工艺、薄膜工艺和涂镀层工艺等。到目前为止，单一的防护工艺对镁合金的防护要么具有致命的缺陷，要么对镁合金耐腐蚀性能和耐磨性能的改善比较有限。采用现有的镁合金镀镍的工艺方法，化学镀镍层是一层非晶态的防护层，该防护层具有优良的耐磨性、耐腐蚀性能等，但在镁合金表面上直接制备该涂层时容易导致基体和镀层的电偶腐蚀。而且普通化学镀镍工艺中用硫酸镍、氯化镍配置镀液时SO₄ ^2-、Cl^-对镁合金基体造成腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在改善镁合金表面的硬度和耐磨性能同时有效的改善镁合金的防腐蚀性能的镁合金的镀镍工艺方法。

本发明的目的是这样实现的：它包括以下步骤：

(1)对经过前处理的镁合金进行等离子体电解氧化；氧化采用恒电流控制，电流密度为0.5～1.2A/dm²，溶液温度为20℃～40℃，氧化时间为35～50分钟；溶液配比：18～25g/L的Na₂SiO₃、6.8～10.5g/L的柠檬酸钠、6～9g/L的KaF、15～18g/L的NaAlO₂和余量的水；

(2)活化与还原；将0.5～1g/L的PdCl₂、1～3g/L的NaCl、4～6g/L的EDTA和余量的水配成活化溶液，将活化溶液加热到30℃～35℃，把等离子体电解氧化并清洗完毕的镁合金试样浸入到活化溶液当中，活化5～10分钟；活化完成之后用去离子水清洗；然后用2.5wt％～3wt％次亚磷酸钠溶液进行还原处理，将钯离子还原，得到化学镀镍的催化中心；

(3)表面镀镍；镍溶液的配比为：12.5～15g/L的乙酸镍、25～27g/L的NaH₂PO₂·H₂O、14～16g/L的C₆H₈O₇·H₂O、15～17g/L的NH₄HF₂和余量的水，用NH₃·H₂O调节pH值为6.2～6.5；镀镍时，温度为80℃～82℃，溶液pH值为6.2～6.5，施镀时间为1～1.5h。

本发明的主要优点是：1.在化学镀镍前，采用等离子体电解氧化工艺，通过等离子体电解氧化层的原位生长，结合力强来保证涂层与基体的结合力，避免了基体和镀层的电偶腐蚀。2.使用乙酸镍配置化学镀镍的镀液，溶液的pH值为6.2～6.5，能够克服普通化学镀工艺中用硫酸镍、氯化镍配置镀液时SO₄ ^2-、Cl^-对镁合金基体造成腐蚀的缺点。作为本发明的另一改进：活化工艺中使用的是离子型活化溶液，而不是胶体类的或者是含Sn²⁺离子的溶液，该活化液稳定、可以长期使用不降解、并可以克服普通活化工艺中基体表面吸附一层Sn²⁺离子而影响化学镀层的均匀性和附着力的缺点，该活化工艺也能防止普通活化工艺造成对镁合金基体以及氧化膜的破坏。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

本工艺方法先在镁合金表面进行等离子体电解氧化，得到陶瓷基氧化膜，之后通过活化和还原得到化学镀的催化中心，然后在陶瓷基氧化膜上化学镀镍。本发明的具体的工艺流程为前处理→等离子体电解氧化→活化与还原→去离子水洗→化学镀。工艺流程中配置化学溶液使用普通去离子水即可，挂具材料使用普通电线的铝合金内芯即可，下面结合实施例对本发明进一步描述：

实施例1

一种镁合金的镀镍工艺方法，它包括以下步骤：

(1)对经过前处理的镁合金进行等离子体电解氧化；氧化采用恒电流控制，电流密度为0.5A/dm²，溶液温度为20℃，氧化时间为50分钟；溶液配比：18g/L的Na₂SiO₃、6.8g/L的柠檬酸钠、6g/L的KaF和15g/L的NaAlO₂。

通过步骤(1)后，热振试验结果表明氧化层与基体结合力优良。

(2)活化与还原；将0.5g/L的PdCl₂、1g/L的NaCl和4g/L的EDTA配成活化溶液，采用水浴锅将溶液加热到35℃，把等离子体电解氧化并清洗完毕的试样浸入到上述活化溶液当中，活化时间为10分钟；活化完成之后用去离子水清洗。然后用2.5wt％次亚磷酸钠溶液进行还原处理，将钯离子还原，得到化学镀镍的催化中心。

对于金属表面化学镀镍，可以通过置换、脱氢或者直接诱发等起到化学镀镍起镀的作用，而对于非金属表面的化学镀镍，例如陶瓷、塑料、木材等，则需要通过活化将能够催化化学镀镍反应的金属引入到非金属表面。

常规的活化工艺，例如氯化亚锡敏化水解后用银氨溶液或者氯化钯溶液活化、胶体钯活化方法均不适用于镁合金等离子体电解氧化膜表面化学镀镍。

本发明的活化工艺为离子型溶液活化，该活化方法比前述活化溶液更稳定，镀层的附着力稳定性好，长期使用不沉降，同时克服了胶体钯活化过程中基体表面吸附一层Sn²⁺离子而影响化学镀层的均匀性和附着力的缺点。

PdCl₂虽不溶于水，但是却可以和加入的NaCl提供的Cl离子形成水溶性的[PdCl₄]^2-络离子，加入EDTA之后，该有机物既能络合[PdCl₄]^2-又能对镁合金等离子体电解氧化膜有较强的吸附作用，离子钯溶液稳定，镀层结合力好，对化学镀溶液的污染小。同时溶液呈弱酸性，避免了常规活化工艺对镁合金等离子体电解氧化膜的破坏。

(3)化学镀镍溶液主要有主盐即镍盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、加速剂、表面活性剂以及光亮剂等组成。对于镁合金等离子体电解氧化膜表面化学镀镍，至关重要的是主盐的种类以及溶液的pH值。例如常规化学镀镍中使用NiSO₄和NiCl₂作主盐时提供的SO₄ ^2-离子和Cl^-会腐蚀镁合金基体，之后置换大量的离散的镍原子，造成化学镀镍溶液的沉降。

本发明中，表面镀镍；镍溶液的配比为：12.5g/L的乙酸镍、25g/L的NaH₂PO₂·H₂O、14g/L的C₆H₈O₇·H₂O和15g/L的NH₄HF₂，以及调节pH值为6.2的NH₃·H₂O；镀镍时，温度为80℃，溶液pH值为6.2，施镀时间为1.5h。

最后在镁合金等离子体电解氧化膜表面化学镀镍层的显微组织观察结果表明，化学镀镍层自等离子体电解氧化膜的微孔中生长出来，生长的镀层厚度为15μm左右。化学镀层与等离子体电解氧化膜层的结合力优良。复合防护层的硬度与普通化学镀镍层的硬度相同，耐磨性较好。

镁合金等离子体电解氧化膜表面化学镀镍之后，复合防护涂层的动电位极化测试结果表明复合涂层的自腐蚀电位为-0.395V，自腐蚀电流密度为1.25×10^-6A/cm²。与普通AZ91D镁合金基体以及等离子体电解氧化膜的自腐蚀电位相比，提高了约1.2V，与普通金属如铁合金表面化学镀镍层的自腐蚀电位、自腐蚀电流相似。

实施例2

一种镁合金的镀镍工艺方法，它包括以下步骤：

(1)对经过前处理的镁合金进行等离子体电解氧化；氧化采用恒电流控制，电流密度为1.2A/dm²，溶液温度为40℃，氧化时间为35分钟；溶液配比：25g/L的Na₂SiO₃、10.5g/L的柠檬酸钠、9g/L的KaF和18g/L的NaAlO₂。

(2)活化与还原；将1g/L的PdCl₂、3g/L的NaCl和6g/L的EDTA配成活化溶液，采用水浴锅将溶液加热到30℃，把等离子体电解氧化并清洗完毕的试样浸入到上述活化溶液当中，活化时间为5分钟；活化完成之后用去离子水清洗。然后用3wt％次亚磷酸钠溶液进行还原处理，将钯离子还原，得到化学镀镍的催化中心。

(3)表面镀镍；镍溶液的配比为：15g/L的乙酸镍、27g/L的NaH₂PO₂·H₂O、16g/L的C₆H₈O₇·H₂O和17g/L的NH₄HF₂，以及调节pH值为6.5的NH₃·H₂O；镀镍时，温度为82℃，溶液pH值为6.5，施镀时间为1h。

实施例3

一种镁合金的镀镍工艺方法，它包括以下步骤：

(1)对经过前处理的镁合金进行等离子体电解氧化；氧化采用恒电流控制，电流密度为0.8A/dm²，溶液温度为30℃，氧化时间为45分钟；溶液配比：20g/L的Na₂SiO₃、8.2g/L的柠檬酸钠、7.5g/L的KaF和16g/L的NaAlO₂。

(2)活化与还原；将0.8g/L的PdCl₂、2g/L的NaCl和5g/L的EDTA配成活化溶液，采用水浴锅将溶液加热到32℃，把等离子体电解氧化并清洗完毕的试样浸入到上述活化溶液当中，活化时间为8分钟；活化完成之后用去离子水清洗。然后用2.7wt％次亚磷酸钠溶液进行还原处理，将钯离子还原，得到化学镀镍的催化中心。

(3)表面镀镍；镍溶液的配比为：14g/L的乙酸镍、26g/L的NaH₂PO₂·H₂O、15g/L的C₆H₈O₇·H₂O和16g/L的NH₄HF₂，以及调节pH值为6.4的NH₃·H₂O；镀镍时，温度为81℃，溶液pH值为6.4，施镀时间为1.2h。

本发明可以应用于汽车用镁合金零部件如仪表盘、转向部件、发动机阀盖、手动变速箱、自动变速离合器活塞及定子等零件的表面处理。也可用于其他镁合金镀镍工艺。

Claims (5)

1.一种镁合金的镀镍工艺方法，其特征是包括如下步骤：

(1)对经过前处理的镁合金进行等离子体电解氧化；氧化采用恒电流控制，电流密度为0.5～1.2A/dm²，溶液温度为20℃～40℃，氧化时间为35～50分钟；溶液配比：18～25g/L的Na₂SiO₃、6.8～10.5g/L的柠檬酸钠、6～9g/L的KaF、15～18g/L的NaAlO₂和余量的水；

(2)活化与还原；将0.5～1g/L的PdCl₂、1～3g/L的NaCl、4～6g/L的EDTA和余量的水配成活化溶液，将活化溶液加热到30℃～35℃，把等离子体电解氧化并清洗完毕的镁合金试样浸入到活化溶液当中，活化5～10分钟；活化完成之后用去离子水清洗；然后用2.5wt％～3wt％次亚磷酸钠溶液进行还原处理，将钯离子还原，得到化学镀镍的催化中心；

(3)表面镀镍；镍溶液的配比为：12.5～15g/L的乙酸镍、25～27g/L的NaH₂PO₂·H₂O、14～16g/L的C₆H₈O₇·H₂O、15～17g/L的NH₄HF₂和余量的水，用NH₃·H₂O调节pH值为6.2～6.5；镀镍时，温度为80℃～82℃，溶液pH值为6.2～6.5，施镀时间为1～1.5h。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金的镀镍工艺方法，其特征是：所述进行等离子体电解氧化的溶液配比为：Na₂SiO₃：20g/L、柠檬酸钠：8.2g/L、KaF：7.5g/L、NaAlO₂：16g/L。

3.根据权利要求1或2所述的一种镁合金的镀镍工艺方法，其特征是：所述的活化溶液为0.8g/L的PdCl₂、2g/L的NaCl和5g/L的EDTA。

4.根据权利要求1或2所述的一种镁合金的镀镍工艺方法，其特征是：所述镍溶液的配比为：14g/L的乙酸镍，26g/L的NaH₂PO₂·H₂O，15g/L的C₆H₈O₇·H₂O，16g/L的NH₄HF₂，以及调节pH值至6.4的NH₃·H₂O。

5.根据权利要求3所述的一种镁合金的镀镍工艺方法，其特征是：所述镍溶液的配比为：14g/L的乙酸镍，26g/L的NaH₂PO₂·H₂O，15g/L的C₆H₈O₇·H₂O，16g/L的NH₄HF₂，以及调节pH值至6.4的NH₃·H₂O。