CN103526246A - 一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机转子表面制备Al-Ni复合镀层的方法，涉及一种金属表面镀层方法，其特征是先用对粒径为13±2μｍ铝粉固体颗粒及脉冲电镀的阴阳极材料进行预处理，然后再调控平均电流密度、镀液温度、占空比、pH、施镀时间及Al固体颗粒在镀液中的质量浓度等技术参数进行脉冲复合电镀。最后在发动机转子表面制备出耐磨、耐腐蚀、耐高温、并且结合力高的Al-Ni复合镀层。制备的Al-Ni复合镀层表面较为均匀致密，细化晶粒，结合力良好，镀层不易与发动机转子基体脱离。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属表面镀层方法，特别是涉及一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法。
背景技术
脉冲复合镀层具有很好的发展前景，其综合了脉冲电镀技术和复合镀层技术的优势。脉冲复合电镀是通过使用金属电沉积的方法，将固体颗粒均匀掺杂到电镀液中，使金属基体表面获得具有特殊性能的复合镀层，是一种具有潜力的表面保护、表面强化及表面处理等方面的技术。随着工业的快速发展，对电镀镀层质量提出了更高的要求。脉冲复合电镀在航空、电子、汽车等领域获得广泛的应用，对金属基体表面进行防护或装饰。不仅可以提高镀层的质量，节约能源，缩短电镀的周期，而且能节约贵金属，现成为材料科学领域中的热点课题之一。固体材料加入脉冲电镀技术中获得结构优异的镀层，与普通镀层相比，性能大大提高。
金属材料在使用过程中，其表面极其容易被腐蚀和磨损。这两方面现已成为全球科学界的主要研究方向。由于全世界每年因磨损或腐蚀等报废的金属产品量约为其年产量的30%~35%，如美国因磨损造成的经济损失每年达20000多亿美元。脉冲复合电镀可以有效保护、强化金属表面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，本发明发动机转子通过进行脉冲电沉积后，提高发动机转子的高温抗氧化性、硬度、耐蚀性、耐磨性等性能，并且镀层结合力高。镀层表面致密，孔隙率低，细致晶粒。Al-Ni复合镀层各方面性能明显优于纯镍镀层。脉冲复合电镀操作方便，节约能源，而且进一步提高镀层的质量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：对于脉冲电镀的阴阳极材料进行预处理，选用发动机转子作为的阴极材料，首先用不同型号的砂纸将发动机转子打磨，清洗，用体积分数为10%的硫酸溶液酸洗2min，去除其氧化膜，采用10%的稀硫酸进行化学弱浸蚀，时间约0.5min，取出后用蒸馏水冲洗，干燥。阳极材料为纯度为99.99%的纯镍，浸入10%硫酸溶液约60s，取出后水洗，丙酮洗，吹干；
步骤二：首先用NaOH溶液碱洗粒径为13±2μｍ铝粉去除其氧化膜，用蒸馏水清洗后干燥；用少量表面活性剂将其充分润湿，以确保与Ni结合良好；在超声波震荡下4~6h，确保可以在镀液中得到分散度高的Al颗粒；
步骤三：脉冲电镀镀液的组成具体为：硫酸镍300.0g/L，氯化镍50.0g/L，硼酸40.0g/L，配制十二烷基硫酸钠作为湿润剂0.1g/l；将上述的药品加热溶解，把呈绿色的镀液倒入电镀槽中用集热式恒温加热磁力搅拌器进行充分搅拌，使镀液中各种成分混合均匀；在电镀前，先将镀液加热到规定的温度，加热温度设定为40~50℃，搅拌速度为200~500r/min；
步骤四：使用2.5L烧杯作电镀槽，镀液pH为4.5~5.5。阴极联接已处理过的发动机转子，阳极联接镍片，均放入到镀液中，开始计时，将单脉冲电源打开，阴极电流密度为3A/dm2，频率为300~400Hz，占空比为50%；再将步骤二中已处理好的Al颗粒倒入镀液进行搅拌，Al固体颗粒在镀液中的质量浓度为7.0g/L~9.0g/L。计时4~6小时后将发动机转子从镀液中取出，得到Al-Ni复合镀层；镀层均匀致密，厚薄适中。
所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，所述步骤一中用体积分数为10%的硫酸溶液作为发动机转子的酸洗液，然后用10%的稀硫酸进行化学弱浸蚀。
所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，所述步骤二中Al固体颗粒粒径为13±2μｍ，用NaOH溶液碱洗，然后在超声波震荡下4~6h。
所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，所述步骤三中脉冲电镀镀液的组成具体为：硫酸镍300.0g/L，氯化镍50.0g/L，硼酸40.0g/L，配制十二烷基硫酸钠作为湿润剂0.1g/l；步骤三中脉冲电镀镀液的温度为40~50℃，磁力搅拌器的搅拌速度为200~500r/min。
所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，所述步骤四中阴极联接已处理过的发动机转子，阳极联接镍片；步骤四中镀液pH为4.5~5.5，阴极电流密度为3A/dm2，频率为300~400Hz，占空比为50%，施镀时间为4~6小时。Al固体颗粒在镀液中的质量浓度为7.0g/L~9.0g/L。
本发明的优点与效果是：
虽然脉冲复合电镀和普通脉冲电镀在原理上相近，但镀层的性能、组成等方面有明显不同之处。普通镀层是单晶体或合金组成的，而复合镀层是金属基复合材料，正是这种结构使复合镀层具有优良的性能。复合镀层可以同时具有金属基体和固体颗粒的双重性能。克服以往的直流电镀方法制备镀层的易脆、毛刺或针孔等缺点，我们制备的Al-Ni复合镀层表面较为均匀致密，细化晶粒，结合力良好，镀层不易与发动机转子基体脱离。与普通直流电镀制备的镀层相比有很多优点，如镀层质量高，厚度薄，生产效率高。可以使镀层孔隙率低，且表面光亮致密，能增加镀层的密度和硬度，提高其延展性、耐腐蚀性和耐磨性，改进了镀层的物理性能。所以利用脉冲复合电镀制备的镀层，可以满足工业需求。
脉冲复合电镀加快了电沉积速率，减短了施镀时间，提高生产效率。镀层具有高硬度、耐磨性、自润滑性、耐热性、耐蚀性等优良性能。在制备过程温度低、节省成本、复合镀层组成多样化、节约能源等，这些都是脉冲复合电镀的优势之处。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详述。
本方法以发动机转子作为基体，先将发动机转子表面进行预处理，在镀液中添加适量的Al微粒，再通过调控镀液中Al的质量浓度、镀液温度、平均电流密度、pH、占空比和施镀时间等技术参数进行脉冲复合电镀。在适宜的工艺条件下，镀层结构能够得到进一步的细化，从而获得表面平整、致密的镀层。
首先用NaOH溶液碱洗粒径为13±2μｍ铝粉去除其氧化膜，用蒸馏水清洗后干燥。用少量表面活性剂将其充分润湿，以确保与Ni结合良好。阴极为表面处理后的发动机转子，阳极为薄镍片，开始进行电镀。在电镀过程中，阴极上会生成氢气。为减少氢气的析出，需在镀液中加入少量润湿剂（十二烷基硫酸钠）。氢气减慢电沉积速率的同时，也使镀层表面出现针孔，影响镀层的质量。随着脉冲电镀的进行，要不断添加镀液，以确保镀层镀得更均匀。经过反复试验，从而达到了较为理想的效果。
以发动机转子为基体。发动机转子在空气中暴露易氧化，表面生成氧化物，而在氧化金属表面上不能进行镍的镀覆，所以首先要打磨，再用盐酸酸洗除去表面的氧化物。再控制Al固体颗粒在镀液中的质量浓度，运用脉冲电镀法，通过控制工艺参数，成功制备出使基件发动机转子在耐磨，耐腐蚀与耐高温等性能上进一步提高的Al-Ni复合镀层。为了提高Al-Ni复合镀层的性能，在反应过程中还利用了缓冲剂（硼酸），润湿剂（十二烷基硫酸钠）等。脉冲电镀的条件是阴极电流密度3A/dm2，施镀时间4~6小时，镀液温度40~50℃，搅拌速度为200~500r/min。
本发明对Al-Ni复合镀层的制备，重点关注在脉冲复合电镀过程。在脉冲复合电镀过程中，Al固体颗粒作为脉冲电镀Al-Ni复合镀层的分散相。在电镀液中，除主盐外，需加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，以保证脉冲电镀的顺利进行。不同占空比、频率、电流密度、镀液pH值、镀液温度、镀液中Al浓度和搅拌速度等对镀层覆盖率的影响也是不同的。
整体来看，在适宜的工艺参数下，电镀后的Al-Ni复合镀层与发动机转子基体的结合良好，没有出现烧焦、针孔、毛刺、起皮及条纹等缺陷。Al-Ni复合镀层与发动机转子相比，其耐磨性、耐高温性明显提高。由此获得优质的Al-Ni复合镀层。
Claims (5)
1.一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：对于脉冲电镀的阴阳极材料进行预处理，选用发动机转子作为的阴极材料，首先用不同型号的砂纸将发动机转子打磨，清洗，用体积分数为10%的硫酸溶液酸洗2min，去除其氧化膜，采用10%的稀硫酸进行化学弱浸蚀，时间约0.5min，取出后用蒸馏水冲洗，干燥，阳极材料为纯度为99.99%的纯镍，浸入10%硫酸溶液约60s，取出后水洗，丙酮洗，吹干；
步骤二：首先用NaOH溶液碱洗粒径为13±2μｍ铝粉去除其氧化膜，用蒸馏水清洗后干燥；用少量表面活性剂将其充分润湿，以确保与Ni结合良好；在超声波震荡下4~6h，确保可以在镀液中得到分散度高的Al颗粒；
步骤三：脉冲电镀镀液的组成具体为：硫酸镍300.0g/L，氯化镍50.0g/L，硼酸40.0g/L，配制十二烷基硫酸钠作为湿润剂0.1g/l；将上述的药品加热溶解，把呈绿色的镀液倒入电镀槽中用集热式恒温加热磁力搅拌器进行充分搅拌，使镀液中各种成分混合均匀；在电镀前，先将镀液加热到规定的温度，加热温度设定为40~50℃，搅拌速度为200~500r/min；
步骤四：使用2.5L烧杯作电镀槽，镀液pH为4.5~5.5，阴极联接已处理过的发动机转子，阳极联接镍片，均放入到镀液中，开始计时，将单脉冲电源打开，阴极电流密度为3A/dm2，频率为300~400Hz，占空比为50%；再将步骤二中已处理好的Al颗粒倒入镀液进行搅拌，Al固体颗粒在镀液中的质量浓度为7.0g/L~9.0g/L，计时4~6小时后将发动机转子从镀液中取出，得到Al-Ni复合镀层；镀层均匀致密，厚薄适中。
2.根据权利要求1所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，其特征在于，所述步骤一中用体积分数为10%的硫酸溶液作为发动机转子的酸洗液，然后用10%的稀硫酸进行化学弱浸蚀。
3. 根据权利要求1所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，其特征在于，所述步骤二中Al固体颗粒粒径为13±2μｍ，用NaOH溶液碱洗，然后在超声波震荡下4~6h。
4.根据权利要求1所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，其特征在于，所述步骤三中脉冲电镀镀液的组成具体为：硫酸镍300.0g/L，氯化镍50.0g/L，硼酸40.0g/L，配制十二烷基硫酸钠作为湿润剂0.1g/l；步骤三中脉冲电镀镀液的温度为40~50℃，磁力搅拌器的搅拌速度为200~500r/min。
5.根据权利要求1所述的一种发动机转子表面复合Al-Ni镀层的方法，其特征在于，所述步骤四中阴极联接已处理过的发动机转子，阳极联接镍片；步骤四中镀液pH为4.5~5.5，阴极电流密度为3A/dm2，频率为300~400Hz，占空比为50%，施镀时间为4~6小时，Al固体颗粒在镀液中的质量浓度为7.0g/L~9.0g/L。
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