CN101824611A - 利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法 - Google Patents

Abstract

利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，它涉及镁合金化学镀镍方法。本发明解决了现有的镁合金化学镀镍的浸锌法步骤繁琐、镁合金铬化转化膜法有毒及无铬前处理法步骤繁琐、膜层耐蚀性差的问题。本方法：MB15镁合金打磨、清洗后进行化学除油处理；由马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇配制酸洗活化液处理MB15镁合金；配制由硫酸镍、次亚磷酸钠、醋酸钠、氟化铵、氢氟酸、氨水组成的化学镀镍溶液并进行化学镀镍，完成了MB15镁合金的化学镀镍过程。本方法对MB15镁合金的酸洗活化一步完成，酸洗活化无毒，对环境无污染，化学镀镍膜层在5%食盐水的中性盐雾中不腐蚀的时间为≥84小时。可用于航天用镁合金材料镀膜。

Description

利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法

技术领域

本发明涉及镁合金表面化学镀镍的方法。

背景技术

镁是工业合金中密度最小的一种金属(密度仅为1.73g·cm^-3)，由于具有高的比强度和比刚度，其比强度不仅高于某些高强钢，甚至还高于铝合金，同时又能承受较大的振动载荷，因而在航空、航天工业，导弹和人造卫星等方面获得广泛的应用。镁的标准电极电势较负，是常用金属中活泼性最高者，在空气中容易氧化，生成比较疏松的氧化膜，而其氧化膜不像氧化铝膜那样致密而有保护性，所以镁及镁合金的耐蚀性能较差。化学镀镍可以使镁合金的耐腐蚀性和耐磨性有较大程度地提高，因此化学镀镍倍受人们的关注。但镁的化学活性很高，易氧化，镁合金表面在施镀前易遭到腐蚀，形成的氧化膜结构松散使化学镀镍困难，所以镁合金是一种难镀的基材。

现有的进行镁合金化学镀镍的浸锌法，是首先将镁合金经过浸锌和预镀铜，然后按照铜合金的方法进行化学镀镍处理，这种方法可以成功地在镁合金基体上进行化学镀镍，但是该法步骤繁琐，工艺复杂；现有的进行镁合金化学镀镍的镁合金铬化转化膜法，是先在镁合金的表面制备一层含铬转化膜，然后再进行化学镀镍，该法在镁合金表面得到的膜层具有防腐耐蚀性，但该法在制备过程中应用的铬酸盐中含有六价铬离子，六价铬离子具有毒性，污染环境；而现有的采用的无铬前处理法进行镁合金化学镀镍的方法，其前处理步骤繁琐，而且镍磷合金膜层不够致密，膜层在5%食盐水的中性盐雾实验中仅能保持32小时，耐蚀性差；无法满足航天用镁合金材料要求。

发明内容

本发明是为了解决现有的进行镁合金化学镀镍的浸锌法步骤繁琐、镁合金铬化转化膜法有毒性，污染环境及无铬前处理法步骤繁琐，膜层耐蚀性差的问题，而提供利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法。

本发明的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法按以下步骤进行：一、依次用120#、1000#、2000#砂纸打磨MB15镁合金表面，然后将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理5min～10min；二、按氢氧化钠的浓度为10g/L～20g/L、磷酸钠的浓度为10g/L～20g/L称取氢氧化钠、磷酸钠和水并配制成溶液，得到化学除油剂，然后将经步骤一处理的MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为40℃～50℃的条件下保持15min～20min，然后用蒸馏水冲洗，烘干；三、按马日夫盐的浓度为15g/L～20g/L、草酸的浓度为30g/L～40g/L、柠檬酸的浓度为50mL/L～80mL/L、蒸馏水的浓度为40mL/L～50mL/L称取马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇，并将马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水加入到乙醇中，得到酸洗活化液，然后将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为40℃～60℃的条件下处理8min～15min，用蒸馏水冲洗烘干；四、按硫酸镍的浓度为10g/L～20g/L、次亚磷酸钠的浓度为15g/L～40g/L、醋酸钠的浓度为15g/L～25g/L，氟化铵的浓度为10g/L～20g/L，氢氟酸的浓度为5mL/L~20mL/L，氨水的浓度为10mL/L～20mL/L配制成水溶液，得到化学镀镍溶液；五、将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中，在温度为90℃的条件下处理1h～2h，然后将MB15镁合金用蒸馏水清洗吹干，即完成了MB15镁合金的化学镀镍过程。

本发明采用马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇配制成有机溶液，利用该有机溶液对MB15镁合金酸洗活化，使对MB15镁合金液酸洗活化一步完成，简化了MB15镁合金的预处理步骤，步骤简单，而且对MB15镁合金的预处理过程中不使用有毒物质，对环境无污染，通过酸洗活化液的处理后，在MB15镁合金表面得到一层棕黄色的锰酸盐钝化膜，该锰酸盐钝化膜可以避免镁合金在化学镀镍反应中因高温而引起的腐蚀，从而在镁合金表面生成一层镍磷合金镀膜。利用本发明的方法在MB15镁合金得到了致密均匀的化学镀镍膜层，通过国家标准GB9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验方法对该金属镀覆层的结合强度进行测试，结果表明膜层的附着力达到1级~0级，膜层与基体的结合力良好，符合中华人民共和国航空航天工业部航天工业标准（QJ479-80）的要求；利用本发明的方法在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层在0.1mol/L的稀硝酸溶液中无冒泡腐蚀现象，证明膜层致密，无微孔；根据国家标准GB5938—86《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法》，在5%食盐水的中性盐雾实验中，利用本发明的方法在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层不腐蚀的时间为≥84小时，而无镀覆膜层的镁合金在1小时内就发生了腐蚀，本发明在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层的耐蚀性良好。在试验条件为：低温：温度2℃、湿度94%；高温：温度35℃、湿度94%的条件下进行高低温湿热交变试验，先将试样放入高低温湿热交变试验箱中，降温至2℃并调节湿度为94%，在此条件下保持1小时，然后再在1小时内升温至35℃并调节湿度为94%，在此条件下保持4小时，完成一个循环，再重复以上操作。本发明在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层可以经受≥4次循环，而其标准值为可以经受2次循环，所以本发明的化学镀镍膜层耐高低温湿热交变能力较强；在模拟空间环境试验中，通过-100℃～100℃极冷极热模拟空间环境测试，本发明的化学镀镍膜层没有出现脱落现象，可以适应极冷极热环境的改变，能够满足航天用镁合金材料要求。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法按以下步骤进行：利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法按以下步骤进行：一、依次用120#、1000#、2000#砂纸打磨MB15镁合金表面，然后将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理5min～10min；二、按氢氧化钠的浓度为10g/L～20g/L、磷酸钠的浓度为10g/L～20g/L称取氢氧化钠、磷酸钠和水并配制成溶液，得到化学除油剂，然后将经步骤一处理的MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为40℃～50℃的条件下保持15min～20min，然后用蒸馏水冲洗，烘干；三、按马日夫盐的浓度为15g/L～20g/L、草酸的浓度为30g/L～40g/L、柠檬酸的浓度为50mL/L～80mL/L、蒸馏水的浓度为40mL/L～50mL/L称取马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇，并将马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水加入到乙醇中，得到酸洗活化液，然后将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为40℃～60℃的条件下处理8min～15min，用蒸馏水冲洗烘干；四、按硫酸镍的浓度为10g/L～20g/L、次亚磷酸钠的浓度为15g/L～40g/L、醋酸钠的浓度为15g/L～25g/L，氟化铵的浓度为10g/L～20g/L，氢氟酸的浓度为5mL/L~20mL/L，氨水的浓度为10mL/L～20mL/L配制成水溶液，得到化学镀镍溶液；五、将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中，在温度为90℃的条件下处理1h～2h，然后将MB15镁合金用蒸馏水清洗吹干，即完成了MB15镁合金的化学镀镍过程。

本实施方式采用马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇配制成有机溶液，利用该有机溶液对MB15镁合金酸洗活化，使对MB15镁合金液酸洗活化一步完成，简化了MB15镁合金的预处理步骤，步骤简单，而且对MB15镁合金的预处理过程中不使用有毒物质，对环境无污染，通过酸洗活化液的处理后，在MB15镁合金表面得到一层深黑色的锰酸盐钝化膜，该锰酸盐钝化膜可以避免镁合金在化学镀镍反应中因高温而引起的腐蚀，从而在镁合金表面生成一层镍磷合金镀膜。利用本实施方式的方法在MB15镁合金得到了致密均匀的化学镀镍膜层，通过国家标准GB9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验方法对该金属镀覆层的结合强度进行测试，结果表明膜层的附着力达到1级~0级，膜层与基体的结合力良好，符合中华人民共和国航空航天工业部航天工业标准（QJ479-80）的要求；利用本实施方式的方法在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层在0.1mol/L的稀硝酸溶液中无冒泡腐蚀现象，证明膜层致密，无微孔；根据国家标准GB5938—86《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法》，在5%食盐水的中性盐雾实验中，利用本实施方式的方法在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层不腐蚀的时间为≥84小时，而无镀覆膜层的镁合金在1小时内就发生了腐蚀，本实施方式在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层的耐蚀性良好。在试验条件为：低温：温度2℃、湿度94%；高温：温度35℃、湿度94%的条件下进行高低温湿热交变试验，先将试样放入高低温湿热交变试验箱中，降温至2℃并调节湿度为94%，在此条件下保持1小时，然后再在1小时内升温至35℃并调节湿度为94%，在此条件下保持4小时，完成一个循环，再重复以上操作。本实施方式在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层可以经受≥4次循环，而其标准值为可以经受2次循环，所以本实施方式的化学镀镍膜层耐高低温湿热交变能力较强；在模拟空间环境试验中，通过-100℃～100℃极冷极热模拟空间环境测试，本实施方式的化学镀镍膜层没有出现脱落现象，可以适应极冷极热环境的改变，能够满足航天用镁合金材料要求。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理6min～9min。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理7min。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中氢氧化钠的浓度为12g/L～19g/L、磷酸钠的浓度为11g/L～18g/L。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中氢氧化钠的浓度为15g/L、磷酸钠的浓度为15g/L。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为42℃～48℃的条件下保持16min～19min。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为45℃的条件下保持17min。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中马日夫盐的浓度为16g/L～19g/L、草酸的浓度为32g/L～38g/L、柠檬酸的浓度为55g/L～75g/L、蒸馏水的浓度为42mL/L～48mL/L。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中马日夫盐的浓度为18g/L、草酸的浓度为35g/L、柠檬酸的浓度为65g/L、蒸馏水的浓度为45mL/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为42℃～58℃的条件下处理9min～13min。其它与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤三中将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为45℃的条件下处理10min。其它与具体实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中硫酸镍的浓度为12g/L～19g/L、次亚磷酸钠的浓度为18g/L～38g/L、醋酸钠的浓度为16g/L～23g/L，氟化铵的浓度为12g/L～18g/L，氢氟酸的浓度为6mL/L~18mL/L，氨水的浓度为12mL/L～19mL/L。其它与具体实施方式一至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤四中硫酸镍的浓度为15g/L、次亚磷酸钠的浓度为25g/L、醋酸钠的浓度为20g/L，氟化铵的浓度为15g/L，氢氟酸的浓度为12mL/L，氨水的浓度为15mL/L。其它与具体实施方式一至十二之一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤五中将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中处理1.1h～1.9h。其它与具体实施方式一至十三之一相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤五中将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中处理1.5h。其它与具体实施方式一至十四之一相同。

具体实施方式十六：本实施方式的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法按以下步骤进行：一、依次用120#、1000#、2000#砂纸打磨MB15镁合金表面，然后将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理10min；二、按氢氧化钠的浓度为20g/L、磷酸钠的浓度为20g/L称取氢氧化钠、磷酸钠和水并配制成溶液，得到化学除油剂，然后将经步骤一处理的MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为40℃的条件下保持15min，然后用蒸馏水冲洗，烘干；三、按马日夫盐的浓度为15g/L、草酸的浓度为35g/L、柠檬酸的浓度为70mL/L、蒸馏水的浓度为45mL/L称取马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇，并将马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水加入到乙醇中，得到酸洗活化液，然后将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为50℃的条件下处理10min，用蒸馏水冲洗烘干；四、按硫酸镍的浓度为18g/L、次亚磷酸钠的浓度为30g/L、醋酸钠的浓度为20g/L，氟化铵的浓度为18g/L，氢氟酸的浓度为10mL/L，氨水的浓度为20mL/L配制成水溶液，得到化学镀镍溶液；五、将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中，在温度为90℃的条件下处理1h，然后将MB15镁合金用蒸馏水清洗吹干，即完成了MB15镁合金的化学镀镍过程。

本实施方式采用马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇配制成有机溶液，利用该有机溶液对MB15镁合金酸洗活化，使对MB15镁合金液酸洗活化一步完成，简化了MB15镁合金的预处理步骤，步骤简单，而且对MB15镁合金的预处理过程中不使用有毒物质，对环境无污染，通过酸洗活化液的处理后，在MB15镁合金表面得到一层棕黄色的锰酸盐钝化膜，该锰酸盐钝化膜可以避免镁合金在化学镀镍反应中因高温而引起的腐蚀，从而在镁合金表面生成一层镍磷合金镀膜，利用本实施方式的方法在MB15镁合金得到了致密均匀的化学镀镍膜层，通过国家标准GB9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验方法对该金属镀覆层的结合强度进行测试，结果表明膜层的附着力达到0级，膜层与基体的结合力良好，符合中华人民共和国航空航天工业部航天工业标准（QJ479-80）的要求；利用本实施方式的方法在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层在0.1mol/L的稀硝酸溶液中无冒泡腐蚀现象，证明膜层致密，无微孔；根据国家标准GB5938—86《轻工产品金属镀层和化学处理层的耐腐蚀试验方法》，在5%食盐水的中性盐雾实验中，利用本实施方式的方法在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层不腐蚀的时间为90小时，而做为对比的无镀覆膜层的镁合金在1小时内就发生了腐蚀，本实施方式在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层的耐蚀性良好。在试验条件为：低温：温度2℃、湿度94%；高温：温度35℃、湿度94%的高低温湿热交变试验中，本实施方式在MB15镁合金得到的化学镀镍膜层可以经受5次循环，而其标准值为可以经受2次循环，所以本实施方式的化学镀镍膜层耐高低温湿热交变能力较强；在模拟空间环境试验中，通过-100℃～100℃极冷极热模拟空间环境测试，本实施方式的化学镀镍膜层没有出现脱落现象，可以适应极冷极热环境的改变，能够满足航天用镁合金材料要求。

Claims (10)

1.利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法按以下步骤进行：一、依次用120#、1000#、2000#砂纸打磨MB15镁合金表面，然后将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理5min～10min；二、按氢氧化钠的浓度为10g/L～20g/L、磷酸钠的浓度为10g/L～20g/L称取氢氧化钠、磷酸钠和水并配制成溶液，得到化学除油剂，然后将经步骤一处理的MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为40℃～50℃的条件下保持15min～20min，然后用蒸馏水冲洗，烘干；三、按马日夫盐的浓度为15g/L～20g/L、草酸的浓度为30g/L～40g/L、柠檬酸的浓度为50mL/L～80mL/L、蒸馏水的浓度为40mL/L～50mL/L称取马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水和乙醇，并将马日夫盐、草酸、柠檬酸、蒸馏水加入到乙醇中，得到酸洗活化液，然后将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为40℃～60℃的条件下处理8min～15min，用蒸馏水冲洗烘干；四、按硫酸镍的浓度为10g/L～20g/L、次亚磷酸钠的浓度为15g/L～40g/L、醋酸钠的浓度为15g/L～25g/L，氟化铵的浓度为10g/L～20g/L，氢氟酸的浓度为5mL/L~20mL/L，氨水的浓度为10mL/L～20mL/L配制成水溶液，得到化学镀镍溶液；五、将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中，在温度为90℃的条件下处理1h～2h，然后将MB15镁合金用蒸馏水清洗吹干，即完成了MB15镁合金的化学镀镍过程。

2.根据权利要求1所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤一中将MB15镁合金放在丙酮中用超声清洗器在室温下处理6min～9min。

3.根据权利要求1或2所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤二中氢氧化钠的浓度为12g/L～19g/L、磷酸钠的浓度为11g/L～18g/L。

4.根据权利要求3所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤二中MB15镁合金放到化学除油剂中，在温度为42℃～48℃的条件下保持16min～19min。

5.根据权利要求1、2或4所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤三中步骤三中马日夫盐的浓度为16g/L～19g/L、草酸的浓度为32g/L～38g/L、柠檬酸的浓度为55g/L～75g/L、蒸馏水的浓度为42mL/L～48mL/L。

6.根据权利要求1、2或4所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤三中马日夫盐的浓度为18g/L、草酸的浓度为35g/L、柠檬酸的浓度为65g/L、蒸馏水的浓度为45mL/L。

7.根据权利要求5所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤三中将经步骤二处理的MB15镁合金放在酸洗活化液中，在温度为32℃～38℃的条件下处理9min～13min。

8.根据权利要求1、2、4或7所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤四中硫酸镍的浓度为12g/L～19g/L、次亚磷酸钠的浓度为18g/L～38g/L、醋酸钠的浓度为16g/L～23g/L，氟化铵的浓度为12g/L～18g/L，氢氟酸的浓度为6mL/L~18mL/L，氨水的浓度为12mL/L～19mL/L。

9.根据权利要求1、2、4或7所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤四中硫酸镍的浓度为15g/L、次亚磷酸钠的浓度为25g/L、醋酸钠的浓度为20g/L，氟化铵的浓度为15g/L，氢氟酸的浓度为12mL/L，氨水的浓度为15mL/L。

10.根据权利要求8所述的利用无铬酸洗活化一步法前处理镁合金的化学镀镍方法，其特征在于步骤五中将经步骤三处理的MB15镁合金放入到经步骤四得到的化学镀镍溶液中处理1.1h～1.9h。