CN104562105B - 一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液，电镀液各组份及含量如下：硫酸镍100‑165g/l、硫酸钴80‑136g/l、硼酸40‑50g/l、氯化钾3‑9g/l、纳米二硫化钨镀浆5‑38g/l、光亮剂和糖精3‑5g/l、润湿剂十二烷基硫酸钠0.3‑0.7g/l、柠檬酸钠20g/l。活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺包括：(1)镀前检验、(2)产品上挂、(3)高温除油、(4)电解除油、(5)去离子水清洗、(6)弱酸活化、(7)预镍、(8)电镀、(9)清洗回收、(10)热处理除氢。本发明提供一种完全能够超过现有镀硬铬层整体性能和生命周期，既环保又节能的活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀所使用的电镀液及其生产工艺。

Description

一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使 用的电镀液及其生产工艺
技术领域
本发明涉及电化学和金属表面处理技术领域，特别是涉及一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液及其生产工艺。
技术背景
在汽车、机械、电子行业需要耐磨耐压镀层，目前大都是采用镀硬铬、气相沉积以及复合镀来处理，有些甚至直接使用抛光后的毛坯。在内燃机缸套/活塞环、曲轴/轴瓦、凸轮轴/挺柱、气门/气门座、柱塞偶件等主要配对摩擦副中，缸套/活塞环配对副的工作条件最差，磨损也最严重，直接影响内燃机的使用寿命。由于内燃机的工作状况、使用条件不同，导致其磨损形式的差异。如工作环境比较恶劣的农用柴油机、车用柴油机是以磨粒磨损为主。大型船用柴油机是以熔着磨损和腐蚀磨损为主。大负荷的中、高增压柴油机是以熔着磨损为主。为提高缸套、活塞环的抗磨性能，传统的表面处理方法是在上述工件表面镀硬铬、气相沉积以及合金镀层及复合镀来进行表面处理。
电镀硬铬表面脆性极大，容易碎裂脱落，脱落的硬质颗粒会加剧气缸的磨损，且硬度还会随温度升高而降低，镀铬层存在微裂纹，不可避免产生穿透性裂纹，导致腐蚀介质从表面渗透至界面而腐蚀基体，造成镀层表面出现锈斑甚至剥落；电镀工艺沉积速度慢，镀0.2～0.3mm厚的镀层往往需要2～3个班的时间，也不利于厚镀层的应用。此外，电镀硬铬工艺电能消耗大，毒性极大，镀铬工艺使用的铬酸溶液，会产生含铬酸雾和废水，即使采用相应的措施，也会对人体产生毒害和对环境造成污染，因此，电镀硬铬在国外已基本被禁止，国内也逐渐取消这种工艺。
发明内容
本发明的目的在于解决上述已有技术的不足之处，提供一种完全能够超过现有镀硬铬层整体性能和生命周期，既环保又节能的活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀所使用的电镀液及其生产工艺。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液，其特征在于，所述电镀液各组份及含量如下：
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺，其特征在于，具体工艺过程包括如下步骤：
(1)镀前检验：检查活塞环无表面划伤，无麻坑等不良缺陷；
(2)产品上挂：将活塞环分别用夹具进行上挂；
(3)高温除油：将活塞环浸于脱脂液中，其温度为80-90℃，浸渍时间为30分钟；
(4)电解除油：目的是为了彻底除去活塞环表面油渍，其温度为40-50℃，阴极电流密度10-30A/dm2，作业方式为阳极电解处理，时间为4-6分钟；
(5)去离子水清洗：以清除镀件表面杂质；
(6)弱酸活化：活化是将活塞环经抛光并经水洗后，投入5％～10％的硫酸溶液中浸泡1～3分种，取出去离子水漂洗干净后再投入冲击镍液中；
(7)预镍：将经前处理后的活塞环进行预镀镍；
(8)电镀：将经前处理后的活塞环放入装有电镀液的镀槽内进行电镀，操作工艺条件为：搅拌方式为连续过滤，镀液pH值为3.8-4.5，温度为50℃，电流密度1-10A/dm，电镀时间为10-60分钟，平均脉冲电流密度0.7-1.1A/dm，频率为800Hz，占空比为95％，阳极面积与阴极面积之比电流S阳∶S阴＞2∶1，阳极采用99.99％的电解镍；
(9)清洗回收；
(10)热处理除氢：随后将电镀后产品置于200-500℃热处理1-2小时，最终自然冷却后得成品。
作为上述技术方案的优选，所述镀槽采用斜坡形结构。
本发明通过使用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀液，通过脉冲自润滑纳米复合镀下进行电镀作业，大大提高了活塞环的耐磨性，减少缸套的磨损；同时，由于纳米微粒的存在，大大提高了活塞环的抗胶合能力，其网络裂纹可增加表面贮油能力，减少拉缸机率，降低机油消耗；是活塞环表面处理技术的一项重大发展，是目前活塞环表面处理最为先进的一种电镀技术。
本发明用于活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺，镍钴硫化钨合金电镀工艺的物料利用率＞95％，电流效率＞95％，生产成本比镀铬工艺低。镍钴硫化钨合金电镀技术的成本最低，涂层综合性能中等，结合先进的自动控制系统，在生产过程中完全可实现清洁化生产的一种环保电镀技术。它对周围环境不造成公害，因此，实现“镍钴硫化钨合金清洁化”的生产，是对电镀工艺改革的重大突破。无论对现代工业可持续发展，还是对环境保护都能起重大的促进作用，可望全面取代镀硬铬。
附图说明
图1为本发明纳米WS2的微观结构图；
图2为本发明纳米WS2的SEM图像；
图3为本发明在NiCo-WS2镀液中所得镀层的SEM图像；
图4为本发明NiCo-WS2镀液中所得镀层高倍电子显微镜示意图；
图5为本发明NiCo-WS2镀液中所得镀层与其他镀层的XRD分析示意图；
图6为本发明NiCo-WS2镀液中所得镀层与其他镀层的摩擦系数对比示意图；
图7为本发明NiCo-WS2镀液中所得镀层与其他镀层的硬度对比示意图；
图8为本发明活塞环的表面金属相分析示意图。
具体实施例
以下参照附图，给出本发明的具体实施例方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液，电镀液各组份及含量如下：
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺，具体工艺过程包括如下步骤：
(1)镀前检验：检查活塞环无表面划伤，无麻坑等不良缺陷；
(2)产品上挂：将活塞环分别用夹具进行上挂；
(3)高温除油：将活塞环浸于脱脂液中，其温度为80-90℃，浸渍时间为30分钟；
(4)电解除油：目的是为了彻底除去活塞环表面油渍，其温度为40-50℃，阴极电流密度10-30A/dm2，作业方式为阳极电解处理，时间为4-6分钟；
(5)去离子水清洗：以清除镀件表面杂质；
(6)弱酸活化：活化是将活塞环经抛光并经水洗后，投入5％～10％的硫酸溶液中浸泡1～3分种，取出去离子水漂洗干净后再投入冲击镍液中；
(7)预镍：将经前处理后的活塞环进行预镀镍；
(8)电镀：将经前处理后的活塞环放入装有电镀液的斜坡形镀槽内进行电镀，操作工艺条件为：搅拌方式为连续过滤，镀液pH值为3.8-4.5，温度为50℃，电流密度1-10A/dm，电镀时间为10-60分钟，平均脉冲电流密度0.7-1.1A/dm，频率为800Hz，占空比为95％，阳极面积与阴极面积之比电流S阳∶S阴＞2∶1，阳极采用99.99％的电解镍；
(9)清洗回收；
(10)热处理除氢：随后将电镀后产品置于200-500℃热处理1-2小时，最终自然冷却后得成品。
实施例1
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液，电镀液各组份及含量如下：
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺，具体工艺过程包括如下步骤：
(1)镀前检验：检查活塞环无表面划伤，无麻坑等不良缺陷；
(2)产品上挂：将活塞环分别用夹具进行上挂；
(3)高温除油：将活塞环浸于脱脂液中，其温度为80℃，浸渍时间为30分钟；
(4)电解除油：目的是为了彻底除去活塞环表面油渍，其温度为40℃，阴极电流密度10A/dm2，作业方式为阳极电解处理，时间为4分钟；
(5)去离子水清洗：以清除镀件表面杂质；
(6)弱酸活化：活化是将活塞环经抛光并经水洗后，投入5％的硫酸溶液中浸泡1分种，取出去离子水漂洗干净后再投入冲击镍液中；
(7)预镍：将经前处理后的活塞环进行预镀镍；
(8)电镀：将经前处理后的活塞环放入装有电镀液的斜坡形镀槽内进行电镀，操作工艺条件为：搅拌方式为连续过滤，镀液pH值为3.8，温度为50℃，电流密度1A/dm，电镀时间为10分钟，平均脉冲电流密度0.7A/dm，频率为800Hz，占空比为95％，阳极面积与阴极面积之比电流S阳∶S阴＞2∶1，阳极采用99.99％的电解镍；
(9)清洗回收；
(10)热处理除氢：随后将电镀后产品置于200℃热处理1小时，最终自然冷却后得成品。
实施例2
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液，电镀液各组份及含量如下：
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺，具体工艺过程包括如下步骤：
(1)镀前检验：检查活塞环无表面划伤，无麻坑等不良缺陷；
(2)产品上挂：将活塞环分别用夹具进行上挂；
(3)高温除油：将活塞环浸于脱脂液中，其温度为90℃，浸渍时间为30分钟；
(4)电解除油：目的是为了彻底除去活塞环表面油渍，其温度为50℃，阴极电流密度30A/dm2，作业方式为阳极电解处理，时间为6分钟；
(5)去离子水清洗：以清除镀件表面杂质；
(6)弱酸活化：活化是将活塞环经抛光并经水洗后，投入10％的硫酸溶液中浸泡3分种，取出去离子水漂洗干净后再投入冲击镍液中；
(7)预镍：将经前处理后的活塞环进行预镀镍；
(8)电镀：将经前处理后的活塞环放入装有电镀液的斜坡形镀槽内进行电镀，操作工艺条件为：搅拌方式为连续过滤，镀液pH值为4.5，温度为50℃，电流密度10A/dm，电镀时间为60分钟，平均脉冲电流密度1.1A/dm，频率为800Hz，占空比为95％，阳极面积与阴极面积之比电流S阳∶S阴＞2∶1，阳极采用99.99％的电解镍；
(9)清洗回收；
(10)热处理除氢：随后将电镀后产品置于500℃热处理2小时，最终自然冷却后得成品。
实施例3
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬所使用的电镀液，电镀液各组份及含量如下：
一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀代替镀硬铬的生产工艺，具体工艺过程包括如下步骤：
(1)镀前检验：检查活塞环无表面划伤，无麻坑等不良缺陷；
(2)产品上挂：将活塞环分别用夹具进行上挂；
(3)高温除油：将活塞环浸于脱脂液中，其温度为85℃，浸渍时间为30分钟；
(4)电解除油：目的是为了彻底除去活塞环表面油渍，其温度为45℃，阴极电流密度20A/dm2，作业方式为阳极电解处理，时间为5分钟；
(5)去离子水清洗：以清除镀件表面杂质；
(6)弱酸活化：活化是将活塞环经抛光并经水洗后，投入8％的硫酸溶液中浸泡2分种，取出去离子水漂洗干净后再投入冲击镍液中；
(7)预镍：将经前处理后的活塞环进行预镀镍；
(8)电镀：将经前处理后的活塞环放入装有电镀液的斜坡形镀槽内进行电镀，操作工艺条件为：搅拌方式为连续过滤，镀液pH值为4.1，温度为50℃，电流密度5A/dm，电镀时间为30分钟，平均脉冲电流密度0.9A/dm，频率为800Hz，占空比为95％，阳极面积与阴极面积之比电流S阳∶S阴＞2∶1，阳极采用99.99％的电解镍；
(9)清洗回收；
(10)热处理除氢：随后将电镀后产品置于350℃热处理1.5小时，最终自然冷却后得成品。
本发明技术方案与现有同类产品或方法比较具有的优点或能够达到的有益技术效果：
1、镀层：0.03-0.05mm(单边)，加镀后可达0.1-0.2mm；
2、硬度：热处理前(镀后)HV650-750，硬度波动范围大；热处理后HV850-1400；
3、表面光泽：与不锈钢颜色相近，弱暗，手感比镀铬细腻，表面粗糙度：超精加工后可达Ra0.2，镀层与镀硬铬相比表层色彩不一样，稍逊于镀硬铬；
4、盐雾实验后，耐蚀性比镀铬要好；
5、活塞环装配后，运动中镀层与密封件磨擦系数大大优于铬层；摩擦系数为0.06左右；
6、节能：电镀时电流密度3-5安培/平方分米，比镀硬铬时要小的多，约只有镀硬铬时的1/10-1/20。镀前处理比镀硬铬要求高。
7、环保：镍钴硫化钨合金镀层整个过程中无六价铬，主要是镍盐、钴盐，硫化钨，只要对电镀过程中产生的气体稍作处理，且气体里不含刺激性气味，因此，环保处理费用小。

Claims (2)

1.一种活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀液代替镀硬铬的生产工艺，其特征在于，所述电镀液各组份及含量如下：
所述的活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀液代替镀硬铬的生产工艺，其具体工艺过程包括如下步骤：
(1)镀前检验：检查活塞环无表面划伤，无麻坑不良缺陷；
(2)产品上挂：将活塞环分别用夹具进行上挂；
(3)高温除油：将活塞环浸于脱脂液中，其温度为80-90℃，浸渍时间为30分钟；
(4)电解除油：目的是为了彻底除去活塞环表面油渍，其温度为40-50℃，阴极电流密度10-30A/dm2，作业方式为阴极电解处理，时间为4-6分钟；
(5)去离子水清洗：以清除镀件表面杂质；
(8)弱酸活化：活化是将活塞环经抛光并经水洗后，投入5％～10％的硫酸溶液中浸泡1～3分钟，取出去离子水漂洗干净后再投入冲击镍液中；
(9)预镍：将经前处理后的活塞环进行预镀镍；
(10)电镀：将经前处理后的活塞环放入装有电镀液的镀槽内进行电镀，操作工艺条件为：搅拌方式为连续过滤，镀液pH值为3.8-4.5，温度为50℃，电镀时间为10-60分钟，平均脉冲电流密度0.7-1.1A/dm2，频率为800Hz，占空比为95％，阳极面积与阴极面积之比S阳∶S阴＞2∶1，阳极采用99.99％的电解镍；
(11)清洗回收；
(12)热处理除氢：随后将电镀后产品置于200-500℃热处理1-2小时，最终自然冷却后得成品。
2.如权利要求1所述的活塞环采用镍钴硫化钨纳米晶合金电镀液代替镀硬铬的生产工艺，其特征在于，所述镀槽采用斜坡形结构。
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