CN105018905B - 一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，属于金属材料表面改性技术领域。包括下列步骤：将预处理好的锚杆钢工件置入装有镀液的烧杯中，利用化学镀工艺对锚杆钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后将化学镀处理的锚杆钢放入箱式电阻炉内，进行热处理，保温，断开电源，使化学镀处理的锚杆钢缓冷到室温。本发明的优点是可显著提高锚杆钢的耐蚀性。

Description

一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，属于金属材料表面改性技术领域。
背景技术
金属材料的腐蚀是一种十分常见的失效形式，普遍存在于生活中的各个行业，且造成的危害和损失巨大，是影响国民经济和社会可持续发展的重要问题之一。在巷道、岩土、边坡等支护工程中，锚杆作为主要的金属支护材料起着至关重要的作用，其耐久性和使用寿命受到极大重视。化学镀作为一种表面处理技术，具有能耗低、设备简单、镀层均匀、仿形性好、耐蚀、耐磨等优点，具有实现大规模生产的先决条件。
现有技术中有关于钢铁化学镀镍磷的文献，但是直接用于锚杆钢的化学镀文献很少，锚杆在使用过程中其表面会发生腐蚀，表面处理可以改善其耐蚀性。锚杆一般是螺纹钢，且比较长，只有在液体中对其进行表面处理才可以实现理想的表面处理。化学镀的工艺优点：不需通电，且对工件的形状和尺寸没有特殊要求，容易实现大规模生产；性能优点：可以同时赋予被处理材料表面耐蚀性和耐磨性。而对于螺纹钢来说，化学镀工艺是一种较为合适的表面处理方法。
发明内容
提供了一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，选择化学镀方法对锚杆进行表面处理，提高了锚杆钢的表面性能，满足其服役条件的要求，延长使用寿命，降低了生产成本。
本发明提供的一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，首先对预处理好的锚杆钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后将化学镀处理的锚杆钢进行热处理，保温，断开电源，使锚杆钢缓冷到室温。
所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，包括以下步骤：
(1) 对锚杆钢工件预处理：将锚杆钢工件使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2) 将预处理后的锚杆钢工件进行碱洗除油：在80～90 ℃碱性溶液中浸泡5~10min，碱洗溶液配方为：65～75 g/L 氢氧化钠；35～45 g/L 碳酸钠；15～25 g/L 磷酸钠；5～15 g/L 硅酸钠；
(3) 使用蒸馏水冲洗碱洗后的锚杆钢工件，进行酸洗：在15～25 vol. %的HCl溶液中室温下提拉浸泡2~3 min，以除去锚杆钢工件表面的锈层及步骤(2)中残留在表面的离子；
(4) 使用蒸馏水冲洗酸洗后的锚杆钢工件，进行活化：在3～6 vol. % H2SO4溶液中室温下提拉浸泡1~2 min，以在锚杆钢工件表面形成无数小的活性中心，增加表面活性并有利于下一步反应时金属镀层的沉积过程；
(5) 使用蒸馏水冲洗步骤(4)处理后的锚杆钢工件，再将冲洗后的锚杆钢工件放入装有镀液的镀槽中施镀，镀液pH值为4.5～6.0，施镀温度为85～88 ℃，施镀时间1 h；
(6) 将步骤(5)处理后的锚杆钢工件放入箱式电阻炉中进行恒温热处理，选择热处理温度为300 ℃~500 ℃，保温1 h后断开电源，使锚杆钢工件随炉缓慢冷却到室温。
上述制备方法中，所述步骤(2)中锚杆刚为RB400锚杆钢。
上述制备方法中，所述镀液由无机盐和去离子水配制而成。
进一步地，所述无机盐包括硫酸钠、次磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠。
更进一步地，所述硫酸钠的浓度为35～45 g/L，次磷酸钠的浓度为20～30 g/L，柠檬酸钠的浓度为40～50 g/L，乙酸钠的浓度为35～45 g/L。
上述制备方法中，按照100～200 cm2/L的工件面积与镀液体积比例来确定所述镀液的加入量。即每升镀液可用于在100～200 cm2的工件面积上施镀。
上述制备方法中，所述步骤(2) 中，碱洗溶液配方为：70 g/L 氢氧化钠；40 g/L碳酸钠；20 g/L 磷酸钠；10 g/L 硅酸钠。
上述制备方法中，所述步骤(3) 中的酸洗过程为：在20 vol. % 的HCl溶液中室温下提拉浸泡2min；所述步骤（4）中的活化过程为：在5 vol. % H2SO4溶液中室温下提拉浸泡1min。
本发明属于金属材料表面改性技术领域，利用化学镀工艺对RB400锚杆钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后在不同温度下对化学镀处理的RB400锚杆钢表面的镍磷镀层进行热处理。
本发明的有益效果：液相介质中进行表面处理，不受工件尺寸和形状的限制，并且易于实现批量生产；同时赋予RB400锚杆钢表面良好的耐蚀性。
附图说明
图1为实施例1中未经过热处理的RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图；
图2为300 ℃热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图；
图3为350 ℃热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图；
图4为400 ℃热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图；
图5为450 ℃热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图；
图6为500 ℃热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
现以RB400锚杆钢为例，对本发明进行实施：
实施例1：一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法
具体包括以下步骤：
(1) 对RB400锚杆钢工件预处理：将RB400锚杆钢工件使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2) 将预处理好的RB400锚杆钢工件进行碱洗除油：在85 ℃碱性溶液中浸泡5min，碱洗溶液配方为：70 g/L 氢氧化钠；40 g/L 碳酸钠；20 g/L 磷酸钠；10 g/L 硅酸钠；
(3) 使用蒸馏水冲洗碱洗好的RB400锚杆钢工件，进行酸洗：在20 vol. % 的HCl溶液中室温下提拉浸泡2 min，以除去RB400锚杆钢工件表面的锈层及前步骤(2)中残留在表面的离子；
(4) 使用蒸馏水冲洗酸洗好的RB400锚杆钢工件，进行活化：在5 vol. % H2SO4溶液中室温下提拉浸泡1 min，以在RB400锚杆钢工件表面形成无数小的活性中心，增加表面活性并有利于下一步反应时金属镀层的沉积过程；
(5) 使用蒸馏水冲洗步骤(4)处理好的RB400锚杆钢工件，再将冲洗好的RB400锚杆钢工件放入装有镀液的镀槽中施镀，镀液pH值为5.0，施镀温度为85～88 ℃，施镀时间1h；
所述电解液由无机盐和去离子水配制而成；无机盐包括包括硫酸钠、次磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠；所述硫酸钠的浓度为40g/L，次磷酸钠的浓度为25 g/L，柠檬酸钠的浓度为45 g/L，乙酸钠的浓度为40g/L。
按照100～200 cm2/L的工件面积与镀液体积比例来确定所述镀液的加入量。
(6) 将步骤(5)处理好的RB400锚杆钢工件放入箱式电阻炉中进行恒温热处理，选择热处理温度为300 ℃，保温1 h后断开电源，使RB400锚杆钢工件随炉缓慢冷却到室温。
实施例2：
该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤(6)中热处理温度为350 ℃。
实施例3：
该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤(6)中热处理温度为400 ℃。
实施例4：
该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤(6)中热处理温度为450 ℃。
实施例5：
该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤(6)中热处理温度为500 ℃。
将上述实施例1~5得到的处理后的RB400锚杆钢与预处理好的RB400锚杆钢进行耐蚀性能测试，所选用的腐蚀介质为5 wt. %的NaCl水溶液。
在上述工艺条件下，处理RB400锚杆钢获得优异的耐蚀性，测试数据见表1。
表1
由表1所提供的测试结果可见：与未处理RB400锚杆钢工件相比，RB400锚杆钢工件经过表面化学镀镍磷镀层和后续热处理后，腐蚀实验结果表明，RB400锚杆钢经表面处理后，腐蚀电位显著提高，腐蚀电流显著降低。由上述结果可知，处理后RB400锚杆钢获得了优异的耐蚀性。

Claims (6)

1.一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：首先对预处理好的锚杆钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后将化学镀处理的锚杆钢进行热处理，保温，断开电源，使锚杆钢缓冷到室温；
包括以下步骤：
(1) 对锚杆钢工件预处理：将锚杆钢工件使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备用；
(2) 将预处理后的锚杆钢工件进行碱洗除油：在80～90℃碱性溶液中浸泡5~10min，碱洗溶液配方为：65～75g/L 氢氧化钠；35～45g/L 碳酸钠；15～25g/L 磷酸钠；5～15g/L 硅酸钠；
所述锚杆钢为RB400锚杆钢；
(3) 使用蒸馏水冲洗碱洗后的锚杆钢工件，进行酸洗：在15～25vol.% 的HCl溶液中室温下提拉浸泡2~3min；
(4) 使用蒸馏水冲洗酸洗后的锚杆钢工件，进行活化：在3～6vol.% H2SO4溶液中室温下提拉浸泡1~2min；
(5) 使用蒸馏水冲洗步骤(4)处理后的锚杆钢工件，再将冲洗后的锚杆钢工件放入装有镀液的镀槽中施镀，镀液pH值为4.5～6.0，施镀温度为85～88℃，施镀时间1h；
所述镀液由无机盐和去离子水配制而成；所述无机盐包括硫酸钠、次磷酸钠、乙酸钠；
(6) 将步骤(5)处理后的锚杆钢工件放入箱式电阻炉中进行恒温热处理，保温1h后断开电源，使锚杆钢工件随炉缓慢冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述硫酸钠的浓度为35～45g/L，次磷酸钠的浓度为20～30g/L，柠檬酸钠的浓度为40～50g/L，乙酸钠的浓度为35～45g/L。
3.根据权利要求1所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：按照100～200cm2/L的工件面积与镀液体积比例来确定所述镀液的加入量。
4.根据权利要求1所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述热处理温度为300℃~500℃。
5.根据权利要求1所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2) 中，碱洗溶液配方为：70g/L 氢氧化钠；40g/L 碳酸钠；20g/L 磷酸钠；10g/L 硅酸钠。
6.根据权利要求1所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3) 中的酸洗过程为：在20vol.% 的HCl溶液中室温下提拉浸泡2min；所述步骤（4）中的活化过程为：在5vol.% H2SO4溶液中室温下提拉浸泡1min。
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