CN102337488B

CN102337488B - 镀铝液、热浸镀铝方法及其制备的金属器件

Info

Publication number: CN102337488B
Application number: CN 201010235407
Authority: CN
Inventors: 周明杰; 李里
Original assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Current assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN102337488A

Abstract

本发明公开了一种镀铝液及其制备方法和用途，该镀铝液包含质量百分比为2～6％的硅和质量百分比为2～4％的RE，余量为铝；所述RE为质量百分比25～30％的La、质量百分比55～65％的Ce和质量百分比5～10％的Pr的混合物。本发明的镀铝液中添加有硅及稀土金属，提高了镀铝液的流动性和降低热浸镀铝的温度，并降低镀铝液中的氧化物杂质含量，用于热浸镀铝工艺中，进而提高了被镀工件与镀层之间的粘附性，增强了工件的耐腐蚀性能。

Description

镀铝液、热浸镀铝方法及其制备的金属器件

技术领域

本发明涉及金属表面的化学热处理技术领域，尤其涉及一种镀铝液、使用所述镀铝液的热浸镀铝方法，及该方法制备的金属器件。

背景技术

金属材料制成的器件，在海洋等恶劣环境中使用时，如，污染严重的工业大气、海洋大气、潮湿性大气等，受到日照、海浪冲蚀、盐雾等多种腐蚀作用影响，器件的腐蚀问题相当严重，造成了严重的经济损失。长期以来，人来一直在寻求各种方法以降低腐蚀所致的危害，例如采用在器件表面喷漆、施加防护涂层等方式进行保护。

例如，目前常用的热浸镀铝方法，其在金属器件表面施加一层铝或铝合金镀层以延缓金属器件的腐蚀，一般包括对工件进行除油、清洗、除锈、清洗、热浸镀铝、后处理等步骤。但是，在热浸镀铝步骤中采用现有的镀铝液对器件处理后，在大多数情况下，器件表面形成的涂层附着力差，较易从器件表面脱落，从而引起器件的腐蚀，人们不得不对器件进行大量的维护和修补工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中镀铝液热浸镀后在器件表面形成的涂层附着力差的缺陷，提供一种用于热浸镀铝工艺的镀铝液，经该镀铝液处理过的金属器件表面形成的镀层附着力强，不易脱落，具有较好的抗腐蚀性能。

本发明要解决的另一个技术问题在于，还提供一种热浸镀铝方法，该方法采用上述镀铝液对金属器件进行表面处理。

本发明要解决的另一个技术问题在于，还提供一种由上述热浸镀铝方法处理过的金属器件，其具有较强的耐腐蚀性能。

为达成上述目的，依据本发明，提供一种镀铝液，按质量百分比，该镀铝液包括：硅：2～6％；RE：2～4％；余量为铝；其中，RE为稀土金属La、Ce和Pr的混合物，按质量百分比，分别为La：25～30％；Ce：55～65％；Pr：5～10％；优选所述RE稀土金属混合物中，La为30％、Ce为60％和Pr为10％。

为达成上述目的，依据本发明，还提供一种热浸镀铝方法，包括如下步骤：

对工件进行包括除油、清洗、除锈、助镀的表面处理；

将所述表面处理过的工件浸入650～750℃的镀铝液中，进行热浸镀铝处理2～8min；其中，所述镀铝液，按质量百分比，包含：2～6％的硅、2～4％的RE，RE，余量为铝；所述RE为稀土金属La、Ce和Pr的混合物，按质量百分比：，La为25～30％；Ce为55～65％；Pr为5～10％；

将热浸镀铝处理的工件置于装有钝化液容器内进行钝化处理。

所述的热浸镀铝方法，其中，所述表面处理步骤中，还包括如下步骤：

除油步骤：将工件置入除油液中，60～90℃温度下进行5～15min的处理处理；其中，除油液配方中，按化合物质量分数包括：20～50％氢氧化钠，30～50％碳酸钠，20～40％磷酸钠，3～6％硅酸钠，余为水；

清洗步骤：将除油处理后的工件置于常温水或60～90℃的高温水中，去掉工件表面的除油液；

除锈步骤：将清洗处理后的工件置入除锈液中，常温下除锈处理5～15min；除锈结束后应立即进行严格的清洗以清除工件表面的酸液；其中，除锈液配方中，按化合物质量分数包括：3～15％盐酸，0.2～1.0％乌洛托品，余量为水；

助镀步骤：将除锈处理后的工件置入80～95℃助镀剂中，对工件表面进行助镀处理1～5min，以在工件表面形成完整且无孔隙的保护膜；其中：所述助镀剂为质量浓度为大于或等于5％的K₂ZrF₆溶液。

所述的热浸镀铝方法，其中，按质量百分比，所述RE稀土混合物中，La为30％、Ce为60％和Pr为10％。

所述的热浸镀铝方法，其中，所述热浸镀铝步骤还包括所述镀铝液的熔炼步骤：

将铝、硅、RE稀土金属混合，在850～950℃下熔炼制成RE混合合金；

将所述RE混合合金于在650～720℃下熔炼成所述镀铝液。

所述的热浸镀铝方法，其中，所述热浸镀铝步骤中，所述镀铝液中还包括表面覆盖剂，所述表面覆盖剂包含质量分数分别为40～60％的KCl、30～50％的NaCl和10～20％的NaF。

所述的热浸镀铝方法，其中，所述钝化处理步骤中，所述钝化液为硝酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液；所述混合溶液中，硝酸、磷酸、蒸馏水的混合体积比为1∶1∶10～20。

为达成上述目的，依据本发明，还提供一种上述的热浸镀铝方法浸镀得到的金属器件。

本发明的镀铝液，在以铝为主的镀铝液中，添加硅以提高镀铝液的流动性和降低热浸镀铝的温度，添加稀土氧化物，并通过稀土氧化物的下沉降低镀铝液中氧化物杂质含量，提高了工件与工件表面形成的镀层之间的粘附性，增强了工件的耐腐蚀性能。

本发明的镀铝液，由于在镀铝液中加入了稀土元素，还有效地减轻了镀铝液中铝的氧化。

本发明的热浸镀铝方法，采用上述的镀铝液对工件进行表面镀铝处理，具有工艺简单、设备要求低、易于操作等特点，适合用于金属工件表面施加铝涂层的工业化生产。

本发明的金属器件，采用上述的热浸镀铝方法进行处理以形成一层铝镀层，得到的镀件表面平整、连续，具有较好的耐腐蚀性能，延长了镀件在海洋环境等强腐蚀环境中的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的热浸镀铝制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种镀铝液，按质量百分比，该镀铝液包括：硅：2～6％；RE：2～4％；余量为铝；其中，RE为稀土金属La、Ce和Pr的混合物，按质量百分比：La：25～30％；Ce：55～65％；Pr：5～10％；优选，所述RE稀土混合物中，La为30％、Ce为60％和Pr为10％。

该镀铝液的制备方法，如图1所示，包括如下工艺流程：

步骤S1、除油步骤：将工件置入除油液中，60～90℃温度下进行5～15min的处理处理；其中，除油液配方中，按化合物质量分数包括：20～50％氢氧化钠，30～50％碳酸钠，20～40％磷酸钠，3～6％硅酸钠，余量为水；

步骤S2、清洗步骤：将除油处理后的工件置于常温水或60～90℃的高温水中，去掉工件表面的除油液；

步骤S3、除锈步骤：将清洗处理后的工件置入除锈液中，常温下除锈处理5～15min；除锈结束后应立即进行严格的清洗以清除工件表面的酸液；其中，除锈液配方中，按化合物质量分数包括：3～15％盐酸，0.2～1.0％乌洛托品，余量为水；

步骤S4、助镀步骤：将除锈处理后的工件置入80～95℃助镀剂中，对工件表面进行助镀处理1～5min，以在工件表面形成完整且无孔隙的保护膜；其中：所述助镀剂为质量浓度为大于或等于5％的K₂ZrF₆溶液；

步骤S5、将助镀处理过的工件浸入650～750℃的镀铝液中，进行热浸镀铝处理2～8min；其中，所述镀铝液，按质量百分比，包含：2～6％的硅、2～4％的RE，RE，余量为铝；所述RE为稀土金属La、Ce和Pr的混合物，按质量百分比：，La为25～30％；Ce为55～65％；Pr为5～10％；优选，所述RE稀土混合物中，La为30％、Ce为60％和Pr为10％；

步骤S6、将热浸镀铝处理的工件置于装有包括硝酸、磷酸、蒸馏水的混合体积比为1∶1∶10～20钝化液的容器内进行钝化处理。

其中，上述镀铝液的制备工艺流程中，步骤S5中，所述热浸镀铝步骤还包括所述镀铝液的熔炼步骤：

将所述RE混合合金于650～720℃下熔炼成所述镀铝液。

优选，步骤S5中，所述镀铝液中还包括表面覆盖剂，表面覆盖剂包含质量百分比分别为40～60％的KCl、30～50％的NaCl和10～20％的NaF。

依据本发明，还提供一种上述的热浸镀铝方法浸镀得到的金属器件。采用本发明的镀铝液，在以铝为主的镀铝液中，添加硅以提高镀铝液的流动性和降低热浸镀铝的温度，添加稀土混合物，并通过稀土氧化物的下沉降低镀铝液中氧化物杂质含量，提高了金属工件与金属工件表面形成的镀层之间的粘附性，增强了工件的耐腐蚀性能。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步的详细说明。

热浸镀铝方法包括三大步骤：工件的表面处理步骤、热浸镀铝处理步骤和钝化处理步骤，具体过程如下所示：

一、工件的表面处理步骤

(1)除油(脱脂)

按质量百分比，除油液配方为20～50g/l氢氧化钠，30～50g/l碳酸钠，20～40g/l磷酸钠，3～6g/l硅酸钠，余量为水；

根据金属工件表面的油污情况，使用上述配方的除油液在温度60～90℃条件进行处理5～15min。

(2)清洗

除油处理之后，用常温水或60～90℃的高温水清洗，以除去被镀材料表面的除油液。

(3)除锈

按质量百分比，除锈液配方为：3～15％盐酸，5～15％硫酸，0.2～1.5％乌洛托品，余量为水；其中，乌洛托品作为缓蚀剂，防止盐酸对被处理的金属过度腐蚀，使工件表面变黑。除锈的处理时间为5～15min，除锈结束后，立即清洗以清除金属件表面的酸液。

(4)助镀

助镀剂使用质量浓度至少5％的K₂ZrF₆溶液，助镀处理温度为80～95℃，时间为1～5min。

助镀是热浸法(熔剂法)镀铝工艺中一道至关重要的工序，助镀剂的选择是否适当直接关系到铝合金防护涂层质量的好坏，一般应具备以下特点：助镀剂能在基本表面形成完整且无孔隙的保护膜，既在热浸镀铝时能够立即从基体表面脱除，并吸附溶解氧化物，又不会对镀铝液造成污染。

二、热浸镀铝处理步骤

(1)、镀铝液的配置

A、按质量百分比，提供硅：2～6％；RE：2～4％；余量为铝；其中，RE为稀土金属La、Ce和Pr的混合物，按质量百分比：La：25～30％；Ce：55～65％；Pr：5～10％；铝选用工业纯铝

B、将铝、硅、RE稀土金属按质量百分比混合，在850～950℃下熔炼制成RE合金；

C、将所述RE合金，在650～720℃下熔炼成所述镀铝液。

(2)、浸镀

将所述表面处理过的工件浸入650～750℃的镀铝液中，进行热浸镀铝处理2～8min。

热浸镀铝的温度若过低，则会影响铝原子与被镀工件元素的相互扩散，形成的镀层脆性大，直接影响了镀件的使用性能，而且还会导致镀铝液的流动性变差，从而被镀器件挂铝较多，表面不光滑，外观质量不佳；热浸镀铝的温度若过高，虽然镀铝液的流动性有所改善，但是镀铝液挥发较多。

另外，为了防止热浸镀铝过程中镀铝液的铝氧化，还在镀铝液表面添加有表面覆盖剂，表面覆盖剂的加入量以完全覆盖镀铝液表面为宜。表面覆盖剂包含质量百分比分别为40～60％的KCl、30～50％的NaCl和10～20％的NaF。

三、钝化处理步骤

钝化处理的目的是在被镀工件的表面形成致密的保护膜，以减缓镀件的腐蚀。

钝化处理处理所用的钝化液为硝酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液；其中，硝酸、磷酸、蒸馏水的混合体积比为1∶1∶10～20。

待热浸镀铝后的镀件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，然后在超音波震荡机中震荡5～20min，使镀件表面形成连续、致密的钝化膜，最后以清水清洗。

上述热浸镀铝方法，通过添加硅提高镀液的流动性，降低热浸温度；通过加入稀土La、Ce、Pr金属，使稀土金属与镀液中的氧结合，形成稀土氧化物，稀土氧化物的下沉显著降低了铝液中的氧化物夹杂含量，净化铝液；同时，添加稀土金属，从而增强了防所涂层与被镀器件之间的粘附性，提高了器件的耐腐蚀性能。

实施例11Cr13钢热浸镀铝

除油液：40g/L氢氧化钠、30g/L碳酸钠、35g/L磷酸钠、3g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：10％盐酸、0.5％乌洛托品，余量为水；助镀剂：10％的K₂ZrF₆溶液；镀铝液：94％Al、4％Si、2％RE(其中，RE稀土金属中，按百分质量比，30％La，60％Ce，10％Pr)；表面覆盖剂：40％KCl、45％NaCl，及15％NaAlF₆；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为1∶1∶20。

工件选用1Cr13钢板，利用除油液在80～90℃下对工件除油，目测检查清除干净后用常温水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈10min，再次清洗干净，然后在90℃利用助镀剂助镀2min。

助镀结束后，将工件置于镀铝液中在700℃浸镀4min。

待浸镀后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，在超声波振荡机中振荡15min，然后用清水将工件表面清洗干净。

热浸镀铝后的1Cr13钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

实施例21Cr13钢热浸镀铝后的耐腐蚀性能测试

以实施例1中得到的热浸镀铝后的1Cr13钢板进行900℃循环氧化实验。

实验根据冶标YB48264进行，热浸镀铝后的1Cr13钢板，其镀层在900℃时的氧化膜完全致密，氧化速率非常小，在900℃具备完全抗氧化腐蚀性能。与未浸镀的1Cr13钢板相比，热浸镀铝后的1Cr13钢板具有较好的抗高温氧化腐蚀性能。

实施例31Cr18Ni9Ti钢热浸镀铝

除油液：30g/L氢氧化钠、35g/L碳酸钠、20g/L磷酸钠、5g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：15％盐酸、1％乌洛托品，余量为水；助镀剂：10％的K₂ZrF₆溶液；镀铝液：90％Al、6％Si、4％RE(其中，RE稀土金属中，按百分质量比，30％La，65％Ce，5％Pr)；表面覆盖剂：45％KCl、45％NaCl，及10％NaAlF₆；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为1∶1∶15。

工件选用1Cr18Ni9Ti钢板，利用除油液在85℃下对工件除油，目测检查清除干净后用常温水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈10min，再次清洗干净，然后在80℃利用助镀剂助镀4min。

助镀结束后，将工件置于镀铝液中在700℃浸镀4min。

热浸镀铝后的1Cr18Ni9Ti钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

实施例4A3钢热浸镀铝

除油液：30g/L氢氧化钠、30g/L碳酸钠、30g/L磷酸钠、4g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：10％盐酸、0.5％乌洛托品，余量为水；助镀剂：10％的K₂ZrF₆溶液；镀铝液：95％Al、2％Si、3％RE(其中，RE稀土金属中，按百分质量比，30％La，65％Ce，5％Pr)；表面覆盖剂：45％KCl、40％NaCl，及15％NaAlF₆；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为1∶1∶20。

工件选用A3钢板，利用除油液在80～90℃下对工件除油，目测检查清除干净后用85℃水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈10min，再次清洗干净，然后在85℃利用助镀剂助镀5min。

助镀结束后，将工件置于镀铝液中在700℃浸镀2min。

热浸镀铝后的A3钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

实施例5灯具热浸镀铝

一种灯具，其外壳由金属制成，采用实施例1中的处理液和工艺参数对灯具的外壳进行热浸镀铝处理。

热浸镀铝后的灯具，其外壳上形成的镀层表面平整且连续，与外壳的结合度良好。

以上所述仅为本发明的具有代表性的实施例，不以任何方式限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热浸镀铝方法，其特征在于，包括如下步骤：

除油步骤：将工件置入除油液中，80～90℃温度下进行处理；其中，除油液配方中，包括：40g/L氢氧化钠、30g/L碳酸钠、35g/L磷酸钠、3g/L硅酸钠，余量为水；

清洗步骤：将除油处理后的工件置于常温水中,去掉工件表面的除油液；

除锈步骤：将清洗处理后的工件置入除锈液中，常温下除锈处理10min；除锈结束后应立即进行严格的清洗以清除工件表面的酸液；其中，除锈液配方中，按化合物质量分数包括：10%盐酸、0.5%乌洛托品，余量为水；

助镀步骤：将除锈处理后的工件置入90℃助镀剂中，对工件表面进行助镀处理2min，以在工件表面形成完整且无孔隙的保护膜；其中：所述助镀剂为质量浓度为10%的K₂ZrF₆溶液；

将所述表面处理过的工件浸入700℃的镀铝液中，进行热浸镀铝处理4min；其中，所述镀铝液，按质量百分比，包含：94%Al、4%Si及2%RE；所述RE为稀土金属La、Ce和Pr的混合物，按质量百分比：30%La、60%Ce及10%Pr；所述镀铝液中还包括表面覆盖剂，所述表面覆盖剂包含质量百分比分别为40%KCl、45%NaCl，及15%NaAlF₆；

将热浸镀铝处理的工件置于装有钝化液容器内进行钝化处理；所述钝化处理步骤中，所述钝化液为硝酸、磷酸和蒸馏水的混合溶液；所述混合溶液中，硝酸、磷酸、蒸馏水的混合体积比为1∶1∶20。

2.根据权利要求1所述的热浸镀铝方法浸镀得到的金属器件。