CN1048042C - Al-Ti合金电镀镀层及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Al-Ti合金电镀镀层材料，其含Ti量可达50%，具有优异的耐高温氧化及耐腐蚀性能。其制取方法是熔盐电镀，电镀温度为130℃-250℃，采用AlCl3-NaCl-KCl或AlCl3-NaCl熔盐体系，熔盐中的Ti离子加入方式，可直接加入TiCl3、NaCl(KCl)·TiCln(n＝2，3)，或TiCl4。电镀时采用金属Al，或金属Al和金属Ti，或石墨做为阳极。本发明具有节能、不损害被镀金属基材性能、成本低、电效高，金属镀层性能优异、结合牢固，镀层厚度易于控制等优点。

Description

Al-Ti合金电镀镀层及其制法
本发明是关于一种新型电镀镀层材料及其制造方法，属于熔盐电化学和金属表面处理技术领域。
众所周知，铝、钛及其合金具有耐腐蚀、抗高温氧化、比强度高等优良性能，是钢铁等金属理想的表面复合材料，可广泛应用于石油、化工、船舶、汽车、机械、冶金等方面。但由于铝、钛的沉积电位比氢的析出电位更负，因此这种镀层不能用通常的水溶液电镀方法制取。电镀Al及AL-Ti合金成为迫待解决的一个重要技术问题。
目前使用的镀铝部件，主要是采用以下两种方法生产的：
1、热浸镀法：[J.A.Mock，Materials Engineering，1972，VOl.75，No.2，P.48-51.]即是把被镀部件浸入到熔化的Al液中，这种方法是以纯金属Al为原料，在700℃以上的高温下进行。因此不但成本高、能耗大，还易使基材性能恶化，所生成的Al-Fe合金层也造成镀材加工性能下降，还存在镀层厚度不易控制等缺点。
2、真空蒸镀及热喷涂法：是采用纯金属Al及Al粉为原料，在真空下蒸发或进行热喷涂，生产成本高，镀层不易均匀且结合力差，使用过程中易于发生孔蚀。
此外还有在有机溶液介质中电镀Al的方法，则因价格昂贵，有机溶液导电性差，易燃等问题，难以在实际生产中应用。
近年国外已开始研究采用熔盐电析方法进行Al及Al-Mn合金电镀[Li Qingfeng，H.A.Hjuler，et al.J.Electrochem.Soc.1990VOl.137，No.2，P.593-598]，从而避免了热浸镀方法的缺点，但是Al及Al-Mn合金镀层的耐高温氧化及耐蚀性等还不能满足严酷腐蚀环境下的使用要求。Ti及Al-Ti合金具有极为优良的耐热性及耐腐蚀性能，在低温熔盐中进行Al-Ti共电沉积，有望制得耐热性及耐蚀性能优异的新型Al-Ti合金镀层。
本发明的目的是提供一种耐高温氧化及耐蚀性能优异的Al-Ti合金电镀镀层，以及低温熔盐电镀Al-Ti合金的方法。发明的具体解决方案和技术内容为：
本发明提供了一种电镀Al-Ti合金电镀层。基材为铁、碳钢、铜、不锈钢、铝、镍等金属材料，其镀层特征为：镀层含Ti量为0.1-50(wt)％(余为Al含量)，镀层附着量为1-100g/M2。本发明Al合金镀层中的Ti，可抑制镀层中Al的溶出和氧化，并增加镀层的致密性。镀层含Ti量低于0.1(wt)％，则难以形成致密耐蚀的镀层，镀层含Ti量高于50(wt)％时，镀层表观质量差。镀层附着量小于1g/M2，则耐蚀性不足，镀层附着量大于100g/M2，镀层加工性能恶化。
本发明提供了一种Al-Ti合金电镀镀层的制造方法，是采用了在低温(130℃-250℃)熔盐中Al-Ti共电沉积制取Al-Ti合金镀层的方法。该制取方法特征在于：
1.采用AlCl3-NaCl-KCl熔盐体系或AlCl3-NaCl熔盐体系，其中AlCl3含量在50.1mol％-99mol％，NaCl，KCl之间的比例可任意选择，把配制好的熔盐放入电镀槽中，加热至熔化。熔盐中钛离子的加入方式，可直接加入TiCl3，或NaCl(KCl)·TiCln(n＝2，3)盐，或直接加入TiCl4。其加入Ti离子的量为10ppm至2(wt)％。
2.电镀时采用金属Al或金属Al和金属Ti，或石墨做为阳极。
阳极形状可采用环状、圆柱状或平板状。阳极数可为一个或多个。
3.电镀温度在130℃-250℃之间。
4.电镀采用的阴极电流密度为0.01A/cm2-1.2A/cm2。
5.电镀时槽中熔盐流动速度在0.05M/sec-5M/sec。
6.电镀槽中也可通入N2或Ar等惰性气体保护。
7.金属镀件镀前用通常的方法脱脂、酸洗、水洗，经充分干燥后，放入熔盐中进行电镀，电镀后镀件用水冲洗、烘干。
本发明的优点和积极效果：
1.采用熔盐作为电镀介质，使Al-Ti合金的电镀成为可能。
2.采用低温熔盐(250℃以下)电镀，因此不仅节能，而且不损害被镀金属基材性能。
3.采用廉价的氯化物体系熔盐，成本低廉。
4.采用熔盐电镀，因此具有电效高，金属镀层结合牢固，镀层厚度易于控制。
5.获得的Al-Ti合金镀层具有优异的耐热性及耐蚀性。
本发明所得到的Al-Ti合金电镀层试样与对照试样的耐蚀性、耐热性的比较试验结果列于表1。如表1所示，本发明的Al-Ti合金电镀镀层具有优异的耐蚀性和耐热性。
           表1  不同镀层材料耐热性及耐蚀性的比较
   试样种类     基材    镀层组成  附着量g/M    耐蚀性    耐热性 备注
    1 碳钢(A3) A1-3Ti    30     0     0 本发明例
    2 碳钢(A3) A1-10Ti    30     0     0 本发明例
    3 碳钢(A3) A1-40Ti    30     0     0 本发明例
    4 碳钢(A3) A1-10Mn    35     △     △ 对照例
    5 碳钢(A3) Zn    70     ×     × 对照例
    6 lCr13不锈钢 /    /     ※     ※ 对照例
注：耐蚀性评价方法：干湿循环试验。将试样在5％NaCl溶液中浸泡1小时后，取出于50℃干燥0.5小时，循环试验600次。按其产生红锈面积评价其耐蚀性，0为＜5％，Δ为5-20％，※为20-70％×为＞70％。
耐热性评价方法：将试样于800℃下加热24小时，按其腐蚀增重(mg/cm2)评价其耐热性。0为＜1mg/cm2，Δ为1-5mg/cm2，※为5-30mg/cm2，×为＞30mg/cm2。
下面给出本发明具体的实施例，各实施例制得的Al-Ti合金电镀层性能，符合上表1的所示结果。
实施例1：
被镀工件为冷轧钢板，用通常的方法脱脂、酸洗、水洗、干燥。
1，采用AlCl3-NaCl-KCl熔盐(其中摩尔比为80∶15∶5)，在熔盐中加入Ti离子的量为100ppm。
2，阳极采用石墨电极。
3，电解质(熔盐)流速为0.8m/sec。
4，电镀温度140℃。
5，阴极电流密度为0.8A/cm2。
6，电镀槽内通入N2保护。
7，电镀时间为4分。
8，电镀后试样用水冲洗、烘干。
电镀制得Al-Ti合金镀层中含Ti量为2.25％，Al含量为97.75％。
实施例2：
被镀工件为铜，用通常的方法脱脂、酸洗、水洗、干燥后，以待电镀。
1，采用AlCl3-NaCl(其摩尔比为57∶43)熔盐。在熔盐中加入Ti离子的量为0.6(wt)％。
2，阳极采用金属Al板及金属钛板。
3，电解质流速为0.2m/sec。
4，电镀温度在230℃。
5，阴极电流密度为0.05A/cm2。
6，电镀时间为15分。
7，电镀后试样用水冲洗、烘干。
电镀制得Al-Ti合金镀层中含钛量为40％，含铝量为60％。
实施例3：
被镀工件为工业纯铁，用通常的方法脱脂、酸洗、水洗、干燥后，以待电镀。
1，采用AlCl3-NaCl-KCl熔盐(摩尔比为60∶21∶19)。熔盐中加入Ti离子的量为800ppm。
2，用纯金属Al环状阳极。
3，电解质流速为1.5m/sec。
4，电镀温度为180℃。
5，阴极电流密度为0.1A/cm2。
6，电镀槽内通入Ar保护。
7，电镀时间为8分钟。
8，电镀后试样用水冲洗、烘干。
电镀制得Al-Ti合金镀层中含Ti量为18％，铝含量为82％。

Claims (7)

1.一种Al-Ti合金电镀镀层的制法，其特征在于：
(1)采用AlCl3-NaCl-KCl熔盐体系或AlCl3-NaCl熔盐体系；
(2)钛离子源是直接加入TiCl3，或NaCl和/或KCl·TiCln熔盐，其中n＝2，3，或直接加入TiCl4；
(3)电镀槽液温度在130-250℃之间。
2.如权利要求1所述的Al-Ti合金电镀镀层的制法，其特征在于其中AlCl3含量为50.1摩尔％-99摩尔％，NaCl和KCl之间的比例可任意选择，熔盐中钛离子的加入量为10ppm至2(重量)％。
3.如权利要求2所述的Al-Ti合金电镀镀层的制法，其特征在于其它电镀操作条件为：
(1)采用金属铝或金属铝和金属钛，或石墨作为阳极；
(2)采用的阴极电流密度为0.01A/cm2至1.2A/cm2；
(3)电镀时槽中熔盐流动速度为0.05米/秒至5米/秒。
4.如权利要求3所述的Al-Ti合金电镀层的制法，其特征在于所说的阳极为一个或多个，其形状为环状，园柱状或平板状。
5.如权利要求1，2，3所述的Al-Ti合金电镀层的制法，其特征在于配比和条件为：AlCl3含量为55摩尔％至80摩尔％，电流密度0.03A/cm2，至0.3A/cm2，电镀槽液温度为150-200℃，电解质流速为0.5米/秒-4米/秒。
6.一种以权利要求1或3所述Al-Ti合金电镀镀层的制法所制得的Al-Ti合金电镀镀层，其特征在于：
(1)其中钛的含量为0.1-50重量％，其余为铝含量，
(2)镀层附着量为1-100克/平方米。
7.如权利要求6所述的Al-Ti合金电镀镀层，其特征在于较佳钛含量配比为6重量％至42重量％。
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