CN102021618A - 在冷轧钢板上脉冲电镀钴镍合金镀层并热处理的方法 - Google Patents

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钟庆东
杜海龙
王毅
蒋继波
李振华
吴红艳
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Abstract

本发明提出了一种新的表面合金化方法，采用脉冲电镀加热处理并融入了纳米粒子技术对冷轧钢板进行表面处理，极大的改善了冷轧钢板表面的耐腐蚀性和硬度强度。本发明采用镀液的基本配方为：NiSO4·6H2O200-250g?L-1，NiCl2·6H2O40-60g?L-1，CoSO4·7H2O2-5g?L-1，H3BO320-30g?L-1，糖精10-15g?L-1。用脉冲电镀法进行快速电镀，然后进行中温热处理。并观察和测试了其力学和化学性能。结果表明，本处理方法能极大的提高冷轧钢板的耐腐蚀性能和力学性能。

Description

在冷轧钢板上脉冲电镀钴镍合金镀层并热处理的方法
技术领域
本发明涉及一种在普通冷轧钢板表面电镀钴镍合金，并进行热渗镀处理的表面强化的方法，属于金属表面合金化领域。
背景技术
关于电镀镍最早的叙述是于1837年，Bird电解氯化镍或硫酸镍溶液几小时后，在铂电极表面获得了一层金属镍1840年，工业上镀镍的第一件专利授予了英国的Shore，他确定了硝酸镍镀镍溶液。1916年美国的瓦特(Watter)教授提出了著名的瓦特型镀镍体系，此后，镀镍工艺开始进入工业化阶段。
镍钴合金镀层与单纯的镍镀层相比具有高镀层的硬度，在冷轧钢板表面镀镍钴合金并进行热处理，能够有效改善钢材高温抗氧化性及在腐蚀介质中的耐热蚀性, 而且还可以提高钢材表面的耐磨性, 兼具抗渗碳性，并且能延长工件的使用命。同时在固溶强化、晶粒细化硬化等方面起积极作用。
从Brugatelli第一次成功的在银上面镀了一层金到现在，随着电化学工艺发展越来越成熟，从用于防护和装饰目的的薄膜或镀层材料到印刷工业上使用的电铸产品，电镀钴镍现在已经被广泛应用。许多新型电镀方法也被开发出来。常用的主要有两种脉冲电镀和快速电镀。
脉冲电镀：使电镀回路周期性地接通和断开,或者在固定直流上再叠加某一波形脉冲的电镀方法。与普通电镀相比,这种方法具有镀层平整致密、附着性好,电流效率高、环保性能好等优点。
快速电镀：在原理上仍然是一种电化学过程, 是一种不在电镀镀槽中进行的氧化还原过程, 而电镀过程是在需镀工件表面部份进行的。
为了寻求一种新型的低能耗、高质量、且操作工艺简单的方法，本发明融合了合金表面的热处理技术，比以往普通的电镀合金化方法，在提高合金表面耐磨性和硬度及抗氧化性方面有所改善。
热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种加热工艺。通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘钢材的潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量，节约材料和能源。它是一种重要的工艺，在机械制造工业中被广泛应用。
如今纳米科技的发展为提升传统产业技术含量提供了新的机遇。纳米粒子由于具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊效应，可用于改善材料的光、磁、电、力学等性能得到提高或赋予其新的功能，可以大大提高其在应用领域中的产品质量，具有很好的理论研究价值和应用前景。
本发明紧密结合钢板表面合金化、热处理钢、电镀等热点研究领域，并将当今最新纳米科技成果引入到钢板表面电镀并热处理的生产中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、设备要求较宽松、低能耗、经济效益好的钢铁表面合金化的方法。
本发明主要内容是在冷轧钢板上电镀钴镍合金镀层并进行热处理，其特征在与本方法具有以下步骤：
A．电镀溶液的配制：用纯净的蒸馏水配制500ml镀液。镀液的组成有： NiSO4·6H2O 200-250 g•L-1，NiCl2·6H2O 40-60 g•L-1，CoSO4·7H2O 2-5 g•L-1，H3BO3 20-30 g•L-1，糖精10-15 g•L-1，用电子秤按量称取以上物质，除硼酸外在烧杯中溶解；而硼酸在90℃溶解，然后合并两种溶液，使体积不大于烧杯额定体积的四分之三；
B．用磁力搅拌器搅拌，同时用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到4.5；对阴极基体(冷轧钢板) 进行除油、除锈和表面活化等预处理,具体操作是：将50mm×50mm×1.5mm的冷轧钢板浸在除油溶液中加热到80～90℃，10～20分钟后取出；除油完全后，放入质量百分数为5%的硫酸溶液中活化30秒，取出用蒸馏水洗净后，选择3-10 A/dm2的电流密度立即送入烧杯中进行脉冲电镀;沉积20-30分钟后取出，用蒸馏水清洗后并用冷分烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为400-800℃。
通过上述方案，本发明的特点是：1）操作过程简单，实验条件容易达到；2）电镀速度快，节省时间；3）表面电镀并热处理后的冷轧钢板表面具有很高的硬度和耐腐蚀性；4）试验方法有创意，融入了纳米离子技术,可以有效的细化镀层晶粒，提高了镀层的强度和硬度，进一步改善了镀层的耐腐蚀性能。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例 1
本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制500ml镀液，镀液成分为
NiSO4·6H2O 200 g•L-1，NiCl2·6H2O 40 g•L-1，CoSO4·7H2O 3g•L-1，H3BO3 20 g•L-1，糖精12 g•L-1
以上物质除硼酸外在烧杯中溶解；而硼酸在90℃溶解，然后合并两种溶液，使体积不大于烧杯额定体积的四分之三；在磁力搅拌器的作用下，用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到4.5，待溶液沉淀完全溶解后，静止5分钟。然后把经过预处理的冷轧钢板放到电镀液中，以2 A/dm2的电流密度进行脉冲镀，沉积30分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为400℃；
该冷轧板电镀并热处理后的表面沉灰色，表面平整，但有些粗糙，镀层厚度大约为40μm,电流阻抗为2000Ω/cm2，硬度为340HV。
实施例 2
本实例中，镀液的配置过程和成分与例1完全相同。
冷轧钢片的预处理过程与例1完全相同。
将经过预处理的冷轧钢板放到电镀液中，以3 A/dm2的电流密度进行脉冲镀，沉积30分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为400℃；
该冷轧钢板电镀并热处理后的表面沉灰黑色，表面平整，但有些粗糙。镀层厚度为50μm，电流阻抗为3800Ω/cm2，硬度为460HV。
实施例 3
本实例中，镀液的配置过程和成分与例1完全相同。
冷轧钢板的预处理过程与例1完全相同。
将经过预处理的冷轧板放到电镀液中，以4A/dm2的电流密度进行脉冲镀，沉积30分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为400℃；
该冷轧钢板电镀并热处理后的表面沉灰黑色，表面平整，但有些粗糙。镀层厚度为60μm，电流阻抗为5200Ω/cm2，硬度为480HV。
实施例 4
本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制500ml镀液，镀液成分为
NiSO4·6H2O 200 g•L-1，NiCl2·6H2O40 g•L-1，CoSO4·7H2O3g•L-1，H3BO320 g•L-1，糖精12 g•L-1，以上物质除硼酸外在烧杯中溶解；而硼酸在90℃溶解，然后合并两种溶液，使体积不大于烧杯额定体积的四分之三；在磁力搅拌器的作用下，用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到4.5，待溶液沉淀完全溶解后，静止5分钟。然后把经过预处理的冷轧钢板放到电镀液中，以4A/dm2的电流密度进行脉冲镀，沉积30分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为600℃；
该冷轧钢板电镀并热处理后的表面沉灰色，表面平整，但有些粗糙，镀层厚度为60μm，电流阻抗为6000Ω/cm2，硬度为680 HV。
实施例 5
本实施例中，先用纯净的蒸馏水在烧杯中配制500ml镀液，镀液成分为
NiSO4·6H2O 200 g•L-1，NiCl2·6H2O40 g•L-1，CoSO4·7H2O3g•L-1，H3BO320 g•L-1，糖精12 g•L-1，以上物质除硼酸外在烧杯中溶解；而硼酸在90℃溶解，然后合并两种溶液，使体积不大于烧杯额定体积的四分之三；在磁力搅拌器的作用下，用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到4.5，待溶液沉淀完全溶解后，静止5分钟。然后把经过预处理的冷轧钢板放到电镀液中，以4A/dm2的电流密度进行脉冲镀，沉积30分钟；然后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风）烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为800℃；
该冷轧钢板电镀并热处理后的表面沉灰色，表面平整，但有些粗糙，镀层厚度为60μm，电流阻抗为7000Ω/cm2，硬度为800HV。
实例证明利用本发明技术处理过的普通冷轧钢板表面的阻抗的明显增大，硬度明显升高；并且说明经过本发明的表面处理方法可使钢板的耐腐蚀性能大大提高。

Claims (1)

1.一种在冷轧钢板上脉冲电镀钴镍合金镀层并热处理的方法，其特征在于该方法包括如下工艺步骤：
A．电镀溶液的成分：用纯净的蒸馏水配制500ml镀液，镀液的组成有：
NiSO4·6H2O 200~250 g•L-1，
NiCl2·6H2O 40~60 g•L-1，
CoSO4·7H2O 2~5 g•L-1，
H3BO3 20~30 g•L-1，
糖精 10~15 g•L-1，
用电子秤按量称取以上物质，除硼酸外在烧杯中溶解；而硼酸在90℃溶解，然后合并两种溶液，使体积不大于烧杯额定体积的四分之三；
B．镀层的制备：用磁力搅拌器搅拌，同时用饱和NaOH溶液调节镀液的pH值到4.5，待溶液沉淀完全溶解后，静止5分钟；然后把经过预处理的冷轧钢板放到电镀液中，选择3~10 A/dm2的电流密度立即送入烧杯中进行脉冲电镀；沉积20~30分钟后取出，用蒸馏水清洗后并用冷风烘干，然后放在高温炉里进行热处理，热处理温度为400~800℃。
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