CN102051604A - 奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，包括下述步骤：除油：除去奥氏体不锈钢表面的油污；酸液活化处理：将奥氏体不锈钢放入活化液中浸蚀；化学镀镍磷：将奥氏体不锈钢在化学镀镍磷溶液中进行化学镀镍磷，所述化学镀镍磷溶液包含：镍盐：20～30g/L；次磷酸钠：20～35g/L；助剂：35～60g/L。本发明奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法的工艺简单，可根据需要来选择镀层中的含磷量，能够在奥氏体不锈钢的外表面形成一层均匀且具有良好的耐酸、碱、盐性能的镍磷镀层，扩大奥氏体不锈钢的应用领域。

Description

奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢的表面处理领域，更具体地说，涉及一种奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢表面很容易生成一层致密的钝化膜，这层致密的钝化膜，具有一定的抗腐蚀性能，因而奥氏体不锈钢的应用广泛。但是在一些活性强的阴离子中，特别是在含有C1-的环境中，钝化膜容易破坏，从而使奥氏体不锈钢的防腐蚀性能严重下降；另外，奥氏体不锈钢的硬度偏低，耐磨性不太好，这些都制约了奥氏体不锈钢的使用，化学镀镍磷可以较好的解决上述缺陷。

但是，由于奥氏体不锈钢表面的致密钝化膜，导致很难在奥氏体不锈钢表面进行化学镀，迄今为止，现有的在奥氏体不锈钢表面进行化学镀镍磷得到的镍磷镀层与奥氏体不锈钢基体的结合力较差，且工艺复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有的奥氏体不锈钢存在的缺点，提供一种奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，工艺简单，能够显著的提高奥氏体不锈钢基体与镍磷镀层的结合力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，包括下述步骤：

除油：除去奥氏体不锈钢表面的油污；

酸液活化处理：将奥氏体不锈钢放入活化液中浸蚀；

化学镀镍磷步骤：将奥氏体不锈钢在化学镀镍磷溶液中进行化学镀镍磷，所述化学镀镍磷溶液包含：镍盐：20～30g/L；次磷酸钠：20～35g/L；助剂：35～60g/L。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述除油步骤采用有机溶液除去铝或铝金属制品表面的油污，所述有机溶液采用汽油、煤油、苯类、酮类、氯化烷烃或烯烃溶液；所述酸液活化处理步骤将奥氏体不锈钢在室温下放入活化液中浸蚀1～3min，所述活化液为50％HCl和10％H₂SO₄的混合液。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述除油步骤与酸液活化处理步骤之间还包括磷化处理步骤：将经过除油的奥氏体不锈钢放入磷化液中温度80℃～90℃下浸泡10～20min；所述磷化液包含：NaOH 40～60g/L，Na₂CO₃20～30g/L，Na₃PO₄·12H₂O 50～70g/L，Na₂SiO₃5～10g/L。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述酸液活化处理步骤与化学镀镍磷步骤之间还包括阳极处理步骤：将经过酸液活化处理的奥氏体不锈钢接阳极，在电镀槽内浸入电镀液中，在室温、3～10A/dm₂的电流强度的条件下处理1～3min；所述电镀液为氨基磺酸镍配方，包含：氨基磺酸镍250～350g/L，金属镍50～100g/L，氨基磺酸10～30g/L，盐酸10～15ml/L，PH值1～1.5。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述阳极处理步骤和化学镀镍磷步骤之间还包括中和步骤：将经过阳极处理后的奥氏体不锈钢在8％～15％氨水中浸泡10s～30s。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述化学镀镍磷步骤之后还包括后处理步骤：将经过化学镀镍磷的奥氏体不锈钢放入150～250℃烘箱中进行1～3小时去应力处理，再放入380～400℃烘箱中进行0.5～1小时热处理。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述化学镀镍磷的反应条件为：PH值：4.5～5；温度86～94℃；时间1～3h。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述镍盐为硫酸镍NiSO₄·6H₂O、氯化镍NiCl₂·6H₂O、次磷酸镍Ni(H₂PO₂)·6H₂O或醋酸镍Ni(CH₃COO)₂·4H₂O。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述助剂包括络合剂、稳定剂和pH值缓冲剂；所述络合剂为脂肪族羧酸、其取代衍生物或它们的盐类；所述稳定剂为重金属离子；所述pH值缓冲剂为一元或二元有机酸及其盐类。

在本发明所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法中，所述镍盐为硫酸镍NiSO₄·6H₂O；所述络合剂为乳酸CH₃CHOHCOOH、苹果酸CHOHCH₂(COOH)₂、醋酸钠CH₃COONa或羟基乙酸钠HOCH₂COONa；所述稳定剂为Pb₂₊；所述缓冲剂为丙酸C₂H₅COOH、醋酸钠CH₃COONa或羟基乙酸钠HOCH₂COONa。

本发明的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法的有益效果：工艺简单，可以根据需要来选择镀层中的含磷量，能够在奥氏体不锈钢的外表面形成一层均匀且具有良好的耐酸、碱、盐性能的镍磷镀层，扩大奥氏体不锈钢的应用领域。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法的流程图。

具体实施方式

图1所示是本发明奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法的流程图，本发明的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，包括如下步骤：

步骤1：除油：除油工序采用有机溶液除去奥氏体不锈钢表面的油污；本步骤所采用的有机溶液为汽油、煤油、苯类、酮类、氯化烷烃或烯烃溶液，有机溶液除油的特点是除油速度快，经除油后的溶剂还可回收再利用，一般不腐蚀金属，但除油容易不彻底。

步骤2：清洗：将除油处理后的奥氏体不锈钢用冷水清洗1～3min。

步骤3：磷化处理：将奥氏体不锈钢放入磷化液中温度80℃～90℃下浸泡10～20min，所述磷化液包含：NaOH 40～60g/L，Na₂CO₃20～30g/L，Na₃PO₄·12H₂O 50～70g/L，Na₂SiO₃5～10g/L。所述磷化处理步骤能够利用碱性溶液的皂化作用和乳化作用除去油污，另外还能够形成磷化膜转接层，起到增加镀层的附着力的作用。

步骤4：清洗：将经过磷化处理后的奥氏体不锈钢先用25～40℃的温水清洗1～3min，再用冷水冲洗1～3min。

步骤5：酸液活化处理：将经过除油、磷化处理后的奥氏体不锈钢在室温下放入混酸活化液中浸蚀1～3min，所述活化液为50％HCl和10％H₂SO₄的混合液。

步骤6：清洗：将经过酸液活化处理后的奥氏体不锈钢用纯净水冲洗1～3min。

上述步骤1～6属于奥氏体不锈钢的前处理步骤，用于得到适合进行化学镀镍磷的铝奥氏体不锈钢表面。

步骤7：阳极处理：将经过酸液活化处理后的奥氏体不锈钢接阳极，放入电镀槽中浸入电镀液，所述电镀液为氨基磺酸镍配方，包含：氨基磺酸镍250～350g/L，金属镍50～100g/L，氨基磺酸10～30g/L，盐酸10～15ml/L；反应温度为室温，电流密度为3～10A/dm₂，时间为1～3min，PH值1～1.5，阳极处理用于形成过渡镍磷层，有利于后续的化学镀镍磷。

步骤8：清洗：将经过阳极处理的奥氏体不锈钢用纯净水浸泡1～3min。

步骤9：中和：将经过封闭处理后的铝或铝金属制品在8％～15％的氨水中浸泡10～30s，再在纯净水中浸泡1～3min，用以调节过渡镍磷层的PH值。

步骤10：化学镀镍磷(Ni-P)：在化学镀镍磷(Ni-P)溶液中进行化学浸镀，反应条件为：PH值：4.5～5，温度86～94℃，时间1～3h。化学镀镍是在金属盐和还原剂共同存在的溶液中靠自催化的化学反应而在金属表面沉积金属镀层的成膜技术，化学镀镍所镀出的镀层为镍磷合金镀层，可以根据需要来选择镀层中的含磷量，分为低磷化学镀镍、中磷化学镀镍或高磷化学镀镍。

所述化学镀镍磷溶液包括：

镍盐：化学镀镍磷Ni-P溶液中的主盐是镍盐，例如：可采用硫酸镍NiSO₄·6H₂O、氯化镍NiCl₂·6H₂O、次磷酸镍Ni(H₂PO₂)·6H₂O或醋酸镍Ni(CH₃COO)₂·4H₂O等，由于氯离子的存在会降低镀层的耐蚀性，还会产生拉应力，因而一般不采用氯化镍做主盐，而醋酸镍Ni(CH₃COO)₂·4H₂O和次磷酸镍Ni(H₂PO₂)·6H₂O的价格较高，因而一般也不采用，较佳的是采用硫酸镍NiSO₄·6H₂O，镍盐在化学镀镍磷溶液中的含量为20～30g/L。

还原剂：采用次磷酸盐作为还原剂，用于将金属镍从金属镍盐的水溶液中还原出来并沉积在奥氏体不锈钢的表面，较佳的是采用次磷酸钠Na(H₂PO₂)·6H₂O，其价格低、镀液容易控制，在水中易于溶解，而且使得镀层性能良好，次磷酸钠Na(H₂PO₂)·6H₂O在化学镀镍磷溶液中的含量为20～35g/L。

助剂：助剂在化学镀镍磷溶液中的含量为35～60g/L。常用的助剂为络合剂和稳定剂，还可根据需要添加缓冲剂、加速剂、光亮剂、润湿剂等，组分和含量可根据需要添加。化学镀镍磷溶液中除了主盐与还原剂以外，最重要的组成成分是络合剂，络合剂可以防止镀液析出沉淀，增加镀液稳定性、提高沉积速度并延长使用寿命，常用的络合剂主要是脂肪族羧酸及其取代衍生物，例如：采用丁二酸、柠檬酸(2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸)、乳酸CH₃CHOHCOOH、苹果酸(羟基丁二酸)CHOHCH₂(COOH)₂及甘氨酸等，或采用它们的盐类，例如：醋酸钠CH₃COONa或羟基乙酸钠HOCH₂COONa，常见的一元羧酸，例如：乙酸常用作缓冲剂，丙酸则常用作加速剂。化学镀镍溶液是一个热力学不稳定体系，而稳定剂的作用在于抑制镀液的自发分解，稳定剂通常分为四类：重金属离子、含氧酸盐、含硫化合物、有机酸衍生物，化学镀镍磷常用的稳定剂为重金属离子，例如：采用铅离子Pb₂₊。缓冲剂的加入是为了稳定镀速及保证镀层质量，化学镀镍体系必须具备缓冲能力，使镀液能维持在一定pH值范围内的正常值，加入pH值缓冲剂起到稳定调节pH值的作用，而化学镀镍溶液中常用的一元或二元有机酸及其盐类不仅具备络合镍离子的能力，而且具有缓冲性能，例如：采用丙酸C₂H₅COOH、醋酸钠CH₃COONa或羟基乙酸钠HOCH₂COONa，兼有络合剂和缓冲剂的作用。另外，为了增加化学镀的沉积速度，可在镀液中加入加速剂，因为短链饱和脂肪酸的阴离子有加速沉积速度的作用，因而化学镀镍中许多络合剂也兼有加速剂的作用，例如：丙酸常用作加速剂。

步骤11、后处理：当镍磷镀层需要较高硬度或耐磨性时，可以对经过化学镀镍磷后的奥氏体不锈钢进行后处理，先将奥氏体不锈钢放入150～250℃烘箱中进行1～3小时去应力处理，再放入380～400℃烘箱中进行0.5～1小时热处理，热处理后的样品硬度达到900～1000HV，可显著提高样品的硬度和耐磨性能。

下面通过实施例1～2为例进行具体说明：

实施例1：

本实施例1对奥氏体不锈钢进行高磷化学镀镍，具体包括下述步骤：

A1、除油：将奥氏不锈钢放入丙酮溶液中浸泡2min，进行奥氏不锈钢表面的油污处理。

A2、将除油处理后的奥氏不锈钢用冷水冲洗2min。

A3、磷化处理：将奥氏不锈钢放入碱液中在温度80℃下浸泡20min，所述碱液包含：NaOH 40g/L，Na₂CO₃20g/L，Na₃PO₄·12H₂O 70g/L，Na₂SiO₃10g/L。

A4、清洗：先用30℃的温水清洗2min，再用冷水冲洗2min。

A5、酸液活化处理：将奥氏不锈钢放入50％HCl和10％H₂SO₄混合液中酸化处理，温度：室温，浸蚀时间：2min。

A6、清洗：用25～40℃的纯净水冲洗2min。

A7、阳极处理：将奥氏不锈钢接阳极，在电镀槽内浸入电镀液中，所述电镀液为氨基磺酸镍配方，包含：氨基磺酸镍300g/L，金属镍75g/L，氨基磺酸20g/L，盐酸12ml/L，PH值1.2，电流密度7A/dm₂，温度为室温，时间2min。

A8、清洗：用纯净水浸泡2min。

A9、中和：将奥氏不锈钢在15％的氨水溶液中浸泡10s，再在蒸馏水中浸泡2min。

A10、化学镀Ni-P：在高磷化学镀镍溶液中化学浸镀2h，所述高磷化学镀镍溶液的组成成分：

pH值：4.5～5

温度：90±4℃

时间：1～3h

通过上述步骤实施例1的步骤S1～S10，在奥氏不锈钢的表面形成镍磷镀层，镍磷镀层质量：有很好的光泽、均匀致密，结合力良好，镀层含磷量在9～12wt％，硬度在510～560HV，耐腐蚀性良好。

实施例2：

实施例2的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法与实施例1相似，其与实施例1所不同的是在实施例2中采用中磷化学镀镍溶液进行化学浸镀，具体包括下述步骤：

B1、除油：将奥氏不锈钢放入丙酮溶液中浸泡2min，进行奥氏不锈钢表面的油污处理。

B2、将除油处理后的奥氏不锈钢用冷水冲洗2min。

B3、磷化处理：将奥氏不锈钢放入碱液中在温度90℃下浸泡10min，所述碱液包含：NaOH 60g/L，Na₂CO₃30g/L，Na₃PO₄·12H₂O 50g/L，Na₂SiO₃5g/L。

B4、清洗：先用30℃的温水清洗3min，再用冷水冲洗1min。

B5、酸液活化处理：将奥氏不锈钢放入50％HCl和10％H₂SO₄混合液中酸化处理，温度：室温，浸蚀时间：3min。

B6、清洗：用25～40℃的纯净水冲洗3min。

B7、阳极处理：将奥氏不锈钢接阳极，在电镀槽内浸入电镀液中，所述电镀液为氨基磺酸镍配方，包含：氨基磺酸镍350g/L，金属镍50g/L，氨基磺酸30g/L，盐酸10ml/L，PH值1.5，电流密度10A/dm₂，温度为室温，时间3min。

B8、清洗：用纯净水浸泡2min。

B9、中和：将奥氏不锈钢在8％的氨水溶液中浸泡30s，再在纯净水中浸泡清洗3min。

B10、化学镀Ni-P：在中磷化学镀镍溶液中化学浸镀，所述中磷化学镀镍溶液的组成成分：

NiSO₄·6H₂O     20～30g/L；

NaH₂PO₂·H₂O    25～35g/L；

醋酸钠          17～25g/L；

羟基乙酸钠      25～35g/L；

稳定剂Pb₂₊      1.8～2.2ml/L；

pH值：4.5～5；

温度：90±4℃；

时间：1～3h。

通过上述实施例2的步骤，在奥氏不锈钢的表面形成镍磷镀层，镍磷镀层质量：有很好的光泽、均匀致密，结合力良好，镀层含磷量在6～8wt％，硬度在590～650HV，既耐腐蚀又耐磨。

当镀层需要较高硬度或耐磨性时，可以对化学镀镍磷后的制品进行后处理，先把化学镀镍磷后的实施例1和实施例2的奥氏不锈钢的样品放入200℃烘箱中进行2小时去应力处理，再放入380～400℃烘箱中进行1小时热处理，热处理后的制品的硬度达到900～1000HV，试验证实，奥氏不锈钢的硬度和耐磨性能得到显著的提高。

综上所述，本发明的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法的工艺简单，可以根据需要来选择镀层中的含磷量，能够在奥氏体不锈钢的外表面形成一层均匀且具有良好的耐酸、碱、盐性能的镍磷镀层，扩大奥氏体不锈钢的应用领域。

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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，包括下述步骤：

除油：除去奥氏体不锈钢表面的油污；

酸液活化处理：将奥氏体不锈钢放入活化液中浸蚀；

化学镀镍磷：将奥氏体不锈钢在化学镀镍磷溶液中进行化学镀镍磷，所述化学镀镍磷溶液包含：镍盐：20～30g/L；次磷酸钠：20～35g/L；助剂：35～60g/L。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述除油步骤采用有机溶液除去铝或铝金属制品表面的油污，所述有机溶液采用汽油、煤油、苯类、酮类、氯化烷烃或烯烃溶液；所述酸液活化处理步骤将奥氏体不锈钢在室温下放入活化液中浸蚀1～3min，所述活化液为50％HCl和10％H₂SO₄的混合液。

3.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述除油步骤与酸液活化处理步骤之间还包括磷化处理步骤：将经过除油的奥氏体不锈钢放入磷化液中温度80℃～90℃下浸泡10～20min；所述磷化液包含：NaOH 40～60g/L，Na₂CO₃20～30g/L，Na₃PO₄·12H₂O 50～70g/L，Na₂SiO₃5～10g/L。

4.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述酸液活化处理步骤与化学镀镍磷步骤之间还包括阳极处理步骤：将经过酸液活化处理的奥氏体不锈钢接阳极，在电镀槽内浸入电镀液中，在室温、3～10A/dm₂的电流强度的条件下处理1～3min；所述电镀液为氨基磺酸镍配方，包含：氨基磺酸镍250～350g/L，金属镍50～100g/L，氨基磺酸10～30g/L，盐酸10～15ml/L，PH值1～1.5。

5.如权利要求4所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述阳极处理步骤和化学镀镍磷步骤之间还包括中和步骤：将经过阳极处理后的奥氏体不锈钢在8％～15％的氨水中浸泡10s～30s。

6.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述化学镀镍磷步骤之后还包括后处理步骤：将经过化学镀镍磷的奥氏体不锈钢放入150～250℃烘箱中进行1～3小时去应力处理，再放入380～400℃烘箱中进行0.5～1小时热处理。

7.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述化学镀镍磷的反应条件为：PH值：4.5～5；温度86～94℃；时间1～3h。

8.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述镍盐为硫酸镍NiSO₄·6H₂O、氯化镍NiCl₂·6H₂O、次磷酸镍Ni(H₂PO₂)·6H₂O或醋酸镍Ni(CH₃COO)₂·4H₂O。

9.如权利要求1或8所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述助剂包括络合剂、稳定剂和pH值缓冲剂；所述络合剂为脂肪族羧酸、其取代衍生物或它们的盐类；所述稳定剂为重金属离子；所述pH值缓冲剂为一元或二元有机酸及其盐类。

10.如权利要求9所述的奥氏体不锈钢表面化学镀镍磷的方法，其特征在于，所述镍盐为硫酸镍NiSO₄·6H₂O；所述络合剂为乳酸CH₃CHOHCOOH、苹果酸CHOHCH₂(COOH)₂、醋酸钠CH₃COONa或羟基乙酸钠HOCH₂COONa；所述稳定剂为Pb₂₊；所述缓冲剂为丙酸C₂H₅COOH、醋酸钠CH₃COONa或羟基乙酸钠HOCH₂COONa。

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