CN102002691B - 化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的种化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺，是以化学镀Ni-P合金工艺为基础，在45号钢基体上通过二次施镀制备Ni-Zn-P阳极复合结构镀层；复合镀层由表面向基体依次由低电位层和高电位层构成；具体工艺步骤为：1.选择镀液原料；2.除油除锈；3.超声清洗；4.盐酸活化；5.一次施镀；6.水洗；7.二次施镀；8.水洗；9.检测试样性能。本发明利用化学镀的方法制备具有良好耐蚀性能的Ni-Zn-P阳极复合结构镀层，由表面向基体依次由低电位层和高电位层构成；具有硬度高、结合力强、耐蚀性好、镀层为阳极镀层的特点。
Description
技术领域
本发明所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺涉及化学镀，具体地说是涉及一种化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层及制备工艺。
背景技术
目前金属腐蚀给国民经济带来了巨大的损失，超过水灾、火灾、地震和飓风等所造成损失的总和。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及力学性能方而都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据估计，世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值的3.5%-4.2%,。有人甚至估计每年全世界因腐蚀报废和损耗的金属约为1亿吨。研究腐蚀机理，采取防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。
金属防腐蚀的方法很多，主要有改善金属的本质、把被保护金属与腐蚀介质隔开、对金属进行表而处理、改善腐蚀环境以及电化学保护等。寻找一种更加经济，防腐性能更好的工艺方法是国民经济发展的需要，也是时代的需要。研究内容（扩大范围的研究）
目前化学镀Ni-P合金镀层，具有优异的耐蚀性能，其耐蚀性在某些介质中甚至比不锈钢还高几个数量级。其不足之处在于镀层属于阴极镀层，电极电位明显高于钢的基体材料，如果镀层表面存在孔隙，则会使得Ni-P合金镀层与基体构成原电池。这种原电池是由表层的“大阴极”和基体的“小阳极”组成，如此在原电池处会形成加速腐蚀迹象直至穿孔。从许多工件和设备自身的状况及化学镀Ni-P合金的工艺过程来看，实现镀层完全无孔几乎是不可能的。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题,本发明的目的是研究设计一种新型的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺，从而解决目前金属腐蚀给国民经济带来的巨大的损失，造成资源和能源的严重浪费、目前化学镀Ni-P合金镀层不足之处在于镀层属于阴极镀层，电极电位明显高于钢的基体材料，如果镀层表面存在孔隙，则会使得Ni-P合金镀层与基体构成原电池。这种原电池是由表层的“大阴极”和基体的“小阳极”组成，如此在原电池处会形成加速腐蚀迹象直至穿孔等问题。
本发明所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺是由所述的复合结构镀层具有阳极性质复合镀层，复合镀层由表面向基体依次由低电位层和高电位层构成；所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的工艺步骤如下：
第一步、选择镀液原料；
硫酸镍（纯度>99%）；次亚磷酸钠（纯度>98%）；苹果酸（纯度>98%）；柠檬酸（纯度>99.5%）；乳酸（纯度>90%）；氨基乙酸（纯度>99%）；乙二氨（纯度>99.9%）；柠檬酸铵（纯度>99%）；硫酸锌（纯度>99.5%）；硫脲（纯度>98%）；
第二步、除油除锈；
第三步、超声清洗；
第四步、盐酸活化；
第五步、一次施镀：硫酸镍（g/L）：15-25，次亚磷酸钠（g/L）：15-25，柠檬酸（g/L）：10-20，乳酸（ml/L）：4-8，氨基乙酸（g/L）：15-30，温度（℃）：70-85，PH值：4-6，时间（h）：1-2；
第六步、水洗；
第七步、二次施镀：硫酸镍（g/L）：20-35，次亚磷酸钠（g/L）：20-30，乙二氨（g/L）：15-40，柠檬酸铵（g/L）：60-100，硫酸锌（g/L）：15-40，硫脲（g/L）：2-6，温度（℃）：85-95，PH值：6-8，时间（h）：1-2；
第八步、水洗；
第九步、性能测试：镀层：厚度（μm）：20-100；结合力（N）：60-80；硬度（HV）：600-800；复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.010-0.O30，在2MHCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.10-0.40（V）；电位差（参比电极为铂电极）0.010-0.050。
本发明所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺，其工作原理是金属在自然环境和工业生产中的腐蚀损坏主要是由电化学腐蚀造成的，潮湿大气、天然水、土壤和工业生产中采用的各种介质都具有不同程度的导电性，统称为电解质溶液。在电解质溶液中，同一金属表面各部分的电位不同或者两者以及两者以上金属接触都有可能构成腐蚀电池。这种电池中，电位较负的部分称为阳极，电位较正的部分称为阴极。阳极上的金属溶解成为金属离子进入溶液，放出的电子流到阳极消耗掉。所以，金属电化学腐蚀是腐蚀电池作用的结果。通过在金属表面镀上一层Ni-Zn-P镀层，可以很好地把金属基体跟电解液隔离起来，防止腐蚀电池的的构成，以达到防腐的效果。
本发明所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺，由于采用化学沉积的方法，改变了表层“大阴极”和基体的“小阳极”的这种原电池组合，在原有Ni-P合金基础上制备出表面具有阳极性质的复合镀层。
由于本发明的复合镀层的制备工艺中控制镀液的PH值和螯合剂的类型，达到了控制镀层成分结构的目的，进而改变镀层的电极电位分布。同时进行温度、PH值、铬合剂等工艺条件对镀层成分、结合力、电极电位和耐蚀性影响的实验研究，提出了优化的工艺配方体系。相对于Ni-P镀层而言，复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度与内层高电位镀层相比降低了10倍，在2MHCl溶液中的腐蚀速度与内层高电位镀层相比降低了20倍。同时该技术工艺稳定、操作简便、投资少、易于实现自动化控制和批量生产。
本发明所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺具有以下优点：
（1）化学镀方法工艺简单、成本低、能耗低、适合批量生成；
（2）化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层内层为结合力和硬度高的高电位Ni-P非晶态镀层，外层为低电位的Ni-Zn-P阳极镀层；
（3）制备的新型Ni-Zn-P阳极复合结构镀层可以在腐蚀的环境下使用。
附图说明
本发明共有一幅附图，其中：
图1是镀层结构示意图
图中：1、Ni-Zn-P镀层2、Ni-P镀层3、基体。
具体实施方式
本发明的具体实施例如下：所述的附图1是镀层结构示意图，图中在基体3上一次施镀是Ni-P镀层2，二次施镀是Ni-Zn-P镀层1。
本发明的实施例1
所述镀液配置：
一次施镀：硫酸镍15g/L，次亚磷酸钠15g/L，柠檬酸10g/L，乳酸4mL/L，氨基乙酸15g/L，温度70℃，PH值4，时间1h；
二次施镀：硫酸镍20g/L，次亚磷酸钠20g/L，乙二氨15g/L，柠檬酸铵60g/L，硫酸锌15g/L，硫脲2g/L，温度80℃，PH值6，时间1h。
复合结构镀层的性能：镀层：厚度（μm）：20-100；结合力（N）：60-80；硬度（HV）：600-800；复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.010-0.O30，在2MHCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.10-0.40（V）；电位差0.010-0.050。
实施例2
所述镀液配置：
一次施镀：硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠25g/L、苹果酸8g/L，柠檬酸8g/L、乳酸4ml/L、氨基乙酸25g/L，PH为5、温度85℃、时间1h；
二次施镀：硫酸镍35g/L，次亚磷酸钠35g/L，乙二氨30g/L，PTFE20g/L，柠檬酸12g/L，活性剂（FC-134）12g/L，硫脲6g/L，PH值7，温度90℃，时间2h。
复合结构镀层的性能：镀层：厚度（μm）：20-100；结合力（N）：60-80；硬度（HV）：600-800；复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.010-0.O30，在2MHCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.10-0.40（V）；电位差0.010-0.050。
实施例3
所述镀液配置：
一次施镀：硫酸镍20g/L、次亚磷酸钠20g/L、柠檬酸15g/L、乳酸6ml/L、氨基乙酸20g/L，PH为5、温度80℃、时间1h；
二次施镀：硫酸镍30g/L，次亚磷酸钠25g/L，乙二氨30g/L，柠檬酸铵80g/L，硫酸锌30g/L，硫脲4g/L，温度85℃，PH值7，时间2h。
复合结构镀层的性能：镀层：厚度（μm）：20-100；结合力（N）：60-80；硬度（HV）：600-800；复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.010-0.O30，在2MHCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.10-0.40（V）；电位差0.010-0.050。
实施例4
所述镀液配置：
一次施镀：硫酸镍22g/L、次亚磷酸钠18g/L、柠檬酸18g/L、乳酸5ml/L、氨基乙酸24g/L，PH为5、温度75℃、时间2h；
二次施镀：硫酸镍26g/L，次亚磷酸钠28g/L，乙二氨24g/L，柠檬酸铵90g/L，硫酸锌24g/L，硫脲5g/L，温度90℃，PH值6，时间2h。
复合结构镀层的性能：镀层：厚度（μm）：20-100；结合力（N）：60-80；硬度（HV）：600-800；复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.010-0.O30，在2MHCl溶液中的腐蚀速度（mg/h）：0.10-0.40（V）；电位差0.010-0.050。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
具体实施例工艺参数见表1
具体实施例材料性能见表2
表1
续表1
表2
Claims (1)
1.一种化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的制备工艺，其特征在于所述的复合结构镀层具有阳极性质复合镀层，复合镀层由表面向基体依次由低电位层和高电位层构成；其特征在于所述的化学镀Ni-Zn-P阳极复合结构镀层的工艺步骤如下：
第一步、选择镀液原料；
硫酸镍，纯度>99%；次亚磷酸钠，纯度>98%；苹果酸，纯度>98%；柠檬酸，纯度>99.5%；乳酸，纯度>90%；氨基乙酸，纯度>99%；乙二氨，纯度>99.9%；柠檬酸铵，纯度>99%；硫酸锌，纯度>99.5%；硫脲，纯度>98%；
第二步、除油除锈；
第三步、超声清洗；
第四步、盐酸活化；
第五步、一次施镀：硫酸镍，g/L：15-25，次亚磷酸钠，g/L：15-25，柠檬酸，g/L：10-20，乳酸，ml/L：4-8，氨基乙酸，g/L：15-30，温度，℃：70-85，PH值：4-6，时间，h：1-2；
第六步、水洗；
第七步、二次施镀：硫酸镍，g/L：20-35，次亚磷酸钠，g/L：20-30，乙二氨，g/L：15-40，柠檬酸铵，g/L：60-100，硫酸锌，g/L：15-40，硫脲，g/L：2-6，温度，℃：85-95，PH值：6-8，时间，h：1-2；
第八步、水洗；
第九步、性能测试：镀层：厚度，μm：20-100；结合力，N：60-80；硬度，HV：600-800；复合镀层在3%NaCl溶液中的腐蚀速度，mg/h：0.010-0.O30，在2MHCl溶液中的腐蚀速度，mg/h：0.10-0.40V；电位差参比电极为铂电极，0.010-0.050。
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