CN105986255A - 工件的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件的表面处理方法，选取工件，预处理后，在工件表面化学镀上镍合金粗化层，然后用涂料在镍合金粗化层上涂覆封孔。本发明的方法，用于工件表面进行处理，尤其是具有微小结构、复杂内腔且尺寸精度要求较高的工件，化学镀后，其表面会形成全面、均匀、粗糙、多孔的镍合金粗化层，并能使起表面改性作用的功能性涂料更多、更充分地渗入到镍合金粗化层上，大大提高了涂料的结合力。而且镍合金粗化层与工件的结合，使工件具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、较高的硬度、耐高温性能等，所以大大减少了工件涂层表面腐蚀、鼓泡、开裂、脱落等失效现象，提高了工件表面涂层的质量。

Description

工件的表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种工件的表面处理方法。

背景技术

通过在材料表面涂装功能性涂料来改变材料表面性能的方法已广泛得到应用，在工件表面处理的过程中，功能性涂料涂层与工件表面的结合力是表面改性处理的关键，所以在涂装前，会对工件表面进行粗糙化，从而增加涂料与工件之间的结合力，结合力不好，涂装的工件原表面易腐蚀、开裂，都会引起表面涂料的鼓泡、脱落、开裂等失效。目前，在工件表面，尤其是复杂内腔、结构微小且尺寸精度要求较高的工件表面，进行精细、均匀的粗糙化仍然非常困难。

金属表面粗糙化的方法有机械方法和化学方法。

机械方法有喷砂、抛丸、喷丸、打磨等方法，由于受工件形状限制，尤其是复杂内腔、结构微小的工件，机械方法无法达到精确、均匀的加工工艺要求。

目前，化学方法有化学腐蚀、表面磷化、电镀后化学蚀刻、复合电镀等方法，这些化学方法都存在一些缺陷。

化学腐蚀的方法虽不受工件形状限制，但对于精度要求高的工件，化学腐蚀会减少工件的微尺寸，导致工件尺寸精度变差，所以针对工件精度要求严格的工件，化学腐蚀的方法不是最佳的选择。

化学方法中的表面磷化，该方法处理后在金属表面形成磷化膜，磷化膜是一种盐的结晶，一般有很好的耐蚀性，但在碱、酸、蒸汽的环境下，磷化膜的耐蚀性较差，从而影响了涂料与工件的结合，易导致涂层发生破坏失效。

化学方法中的电镀，其是在工件电镀后再进行化学蚀刻，该方法解决了微小结构工件的精度要求，也保证了涂料与工件表面的结合力，且耐高温。但电镀由于电场的存在而具有一定的方向性，因此无法处理复杂、多内腔的工件结构。而且电镀后的化学蚀刻，即使经过清洗，仍会在工件表面坑点、裂尖内残留蚀刻液和腐蚀产物，从而导致腐蚀裂纹扩大，影响涂料涂装效果和工件精度。

化学方法中的化学镀镍，是在材料表面发生氧化还原反应，产生金属的沉积过程。不受工件形状限制，而且化学镀镍层还具有耐高温、可焊接等很多优点。一般的化学镀镍是镍晶粒在工件表面沉积形成镍磷合金镀层，镍晶粒的尺寸为几个或十几纳米，镀层是光亮的、光滑的、低孔隙率的，可以改善金属表面的光洁度。在该种化学镀镍层表面涂覆涂料，由于化学镀镍层的孔隙率偏小，镀层表面过于光滑，难以保证涂层的结合力。

为了保证涂层的结合力，需增加化学镀镍层的粗糙度和孔隙率，一般是在化学复合镀后再采用化学蚀刻的方法，即在镀液中掺入一定尺寸的其他颗粒的悬浮液，得到夹杂颗粒的镀镍层，再用化学蚀刻的方法腐蚀颗粒，得到粗糙、多孔的表面层。这种方法在化学蚀刻清洗后，工件表面坑点、裂尖内仍会残留蚀刻液和腐蚀产物，从而导致腐蚀裂纹扩大，影响涂料涂装效果和工件精度。

或者是化学复合镀后再采用高温烧灼的方法，同样在镀液中掺入一定尺寸的其他颗粒的乳化液，得到夹杂颗粒的镀镍层，再用高温烧灼的方法使颗粒分解，得到粗糙、多孔表面层。这种方法悬浮液中颗粒的大小及颗粒分散的好坏决定了表面粗糙化的精细程度，并且烧灼后也需要彻底的清洗，清洗后的工件表面坑点、裂尖内仍会残留蚀刻液和腐蚀产物，从而导致腐蚀裂纹扩大，影响涂料涂装效果和工件精度。

目前的工艺复杂，工序繁琐，涂料涂装效果和工件精度得不到保证，所以在工件表面直接形成精细、均匀粗化层，减少粗糙工序，增加结合力，显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种工件的表面处理方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种工件的表面处理方法，选取工件，预处理后，采用改良的化学镀镍的方法，在工件表面化学沉积直径为微米级的球形颗粒状镍合金晶粒，这些晶粒在工件表面立体堆积，形成相应粗糙度的多孔镍合金粗化层，然后用涂料在镍合金粗化层上涂覆封孔。

作为优化，所述工件表面化学镀上镍合金粗化层的方法为：(A)配制镀液：硫酸镍，18～40g/l；乳酸，0～2.5g/l；柠檬酸钠，5～20g/l；次亚磷酸钠，12～40g/l；镀层粗化促进剂：4～20g/l；醋酸钠，5～30g/l；硫脲，0.5～3mg/l的混合液；(B)化学镀：将镀液加热到80～95℃，将预处理后的工件放入镀液中，施镀20～90min，工件表面形成镍合金粗化层。镀液的配方，使析出的球形颗粒状镍合金晶粒尺寸达到微米级，这些镍合金晶粒在工件表面立体堆积后，形成具有起伏不平的微观表面的多孔镍合金粗化层，这种镀层是一种哑光的、类似磨砂效果的表面，其表面的粗糙度可以满足涂料涂覆所要求的粗糙度。

作为优化，所述镀液中的镀层粗化促进剂为碳酸钠、碳酸氢钠中的任一种或氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中任意两种混合或氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠三种混合。

作为优化，所述工件的材质为碳钢、镍、铝、铝合金、不锈钢、镁合金、铜、银中的任一种，或表面有化学镀镍层的工件。工件的材质要选择适于化学镀镍材料或本身拥有化学镀镍层的工件。

作为优化，所述工件材质为不锈钢、铜、银中的一种时，化学镀采用低电位金属触发或外加电源触发的方式上镀，改变材料表面得失电子的能力，使工件上镀。

作为优化，所述工件材质为碳钢、镍、铂中的一种时，预处理步骤为除污→除油→清洗→活化→清洗；所述工件材质为铝、铝合金、不锈钢、镁合金中的一种时，预处理步骤为除污→除油→清洗→酸洗活化→清洗或者除污→除油→清洗→酸洗活化→清洗→闪镀镍→清洗；所述工件材质为铜、银中的一种时，预处理步骤为除污→除油→清洗→酸洗活化→清洗→氯化钯溶液浸渍→清洗；所述有化学镀镍层的工件，预处理步骤为除污→除油→清洗。

作为优化，所述涂料在镍合金粗化层上涂覆封孔的方法为将工件完全浸没在功能性涂料中，利用超声波将镍合金粗化层表面空隙中空气赶出，涂料渗入到镍合金粗化层表面进行涂覆封孔；或将工件置于真空环境中，然后注入功能性涂料完全浸没工件，涂料渗入镍合金粗化层中进行涂覆封孔。

作为优化，所述涂料为高温熔融固化的功能性涂料时，涂覆封孔时，将涂料直接涂覆在镍合金粗化层上，然后干燥、固化，完成封孔。

作为优化，所述涂覆封孔后的工件是上可涂覆一层或多层涂料。

作为优化，所述工件预处理后，可先在工件表面进行一般的化学镀镍，以改善材料的耐腐蚀性能、微观尺寸，然后再进行镍合金粗化层的施镀。

本发明具有积极的效果：本发明的方法，用于工件表面进行处理，尤其是具有微小结构、复杂内腔且尺寸精度要求较高的工件，化学镀后，其表面会形成全面、均匀、粗糙、多孔的镍合金粗化层，并能使起表面改性作用的功能性涂料更多、更充分地渗入到镍合金粗化层上，大大提高了涂料的结合力。而且镍合金粗化层本身具有耐腐蚀性、较高的硬度、耐高温性能，与工件的结合，使工件表面同样也具有了较好的耐腐蚀、耐磨、耐高温等特点。所以大大减少了工件涂层表面腐蚀、鼓泡、开裂、脱落等失效现象，提高了工件表面涂层的质量。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为使用本发明的方法，在碳钢工件表面化学镀上镍合金粗化层，并在上海光学仪器六厂53X正置金相显微镜，放大倍数200倍下，观察到的镍合金粗化层的表面示意图。

图2为使用本发明的方法，将碳钢工件表面进行处理后的剖面结构示意图。

图中，1、工件，2、镍合金粗化层，3、镍合金晶粒，4、涂料层。

具体实施方式

实施例1：

选用材质为铝、表面积为0.007m²的工件1进行防腐蚀、防污涂料改性处理。

(a)将工件1先进行除污、除油、清洗、酸洗活化，最后用水清洗干净。

(b)配制镀液：将硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠、镀层粗化促进剂(碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠的混合物，比例1:1:0.04)、醋酸钠、硫脲加入1升水中，充分搅拌使其完全溶解。此时溶液中含硫酸镍40g/l，柠檬酸钠20g/l，次亚磷酸钠40g/l，镀层粗化促进剂20g/L，醋酸钠30g/l，硫脲2mg/l。

(c)化学镀：将镀液加热到90℃，然后将经过预处理的工件1放入镀液中，施镀20分钟，期间搅拌镀液并晃动工件1。

(d)施镀后取出工件1清洗干净，此时工件1表面已形成均匀多孔的镍合金粗化层2。在200倍显微镜下与标准喷砂Ra比较板对比，得到表面粗糙度为12～18μm。

(e)将镀上镍合金粗化层2后的工件1置入一密闭容器，用真空泵抽真空。

(f)将佐敦Safeguard Universal ES涂料用佐敦17号溶剂稀释(稀释比例1:0.1)，充分搅拌均匀并用80目滤网过滤后，注入到步骤(e)的密闭容器中，直到浸没工件1，使涂料充分渗入工件1表面的镍合金粗化层2，15分钟后取出，离心甩净工件1上多余涂料。

(g)将初步涂覆后的工件室温干燥24小时。

(h)将佐敦Antifouling Sea ALU涂料充分搅拌均匀并用80目滤网过滤后，采用无气喷涂(喷嘴压力15MPa，喷嘴孔径0.5mm,喷幅70°)将涂料均匀喷涂于工件内外表面。

(i)将涂覆后的工件室温固化2天。

实施例2：

选用材质为铝、表面积为0.007m²的工件1进行防腐蚀、防污涂料改性处理。

(a)将工件1先进行除污、除油、清洗、酸洗活化，最后用水清洗干净。

(b)将硫酸镍、乳酸、柠檬酸钠、次亚磷酸钠、镀层粗化促进剂(碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠的混合物，比例0.5:1.5:0.04)、醋酸钠，硫脲加入1升水中，充分搅拌使其完全溶解。此时溶液中含硫酸镍20g/l，乳酸2.5g/l，柠檬酸钠5g/l，次亚磷酸钠20g/l，镀层粗化促进剂4g/L，醋酸钠5g/l，硫脲3mg/l。

(c)将镀液加热到90℃，然后将经过预处理的工件放入镀液中，施镀60分钟，其间搅拌镀液并晃动工件。

(d)施镀后取出工件1清洗干净，此时工件1表面已形成均匀多孔的镍合金粗化层2，在200倍显微镜下与标准喷砂Ra比较板对比，得到表面粗糙度为7～10μm。

(e)将镀上镍合金粗化层2后的工件1置入一容器中。

(f)将佐敦Safeguard Universal ES涂料用佐敦17号溶剂稀释(稀释比例1:0.1)，充分搅拌均匀并用80目滤网过滤后，注入步骤(e)的容器中，直到浸没工件。

(g)将容器置于超声清洗机中，长时间浸泡并利用超声波赶出镍合金粗化层2的孔隙中的气体，使涂料充分渗入工件表面的镍合金粗化层2中。8小时后取出，压缩空气吹净多余涂料。

(h)将初步涂覆后的工件室温干燥24小时。

(i)将佐敦Antifouling Sea ALU涂料充分搅拌均匀并用80目滤网过滤后，采用无气喷涂(喷嘴压力15MPa，喷嘴孔径0.5mm,喷幅70°)将涂料均匀喷涂于工件内外表面。

(j)将涂覆后的工件室温固化2天。

实施例3：

选用材质为碳钢、表面积0.008m²的工件1，然后进行低表面能涂料改性处理。

(a)将工件1先进行除污、除油、清洗、活化，最后用水清洗干净。

(b)将硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、醋酸钠、乳酸、硫脲加入1升水中，充分搅拌使其完全溶解。此时溶液中含硫酸镍30g/l，次亚磷酸钠35g/l，柠檬酸钠10g/l，醋酸钠20g/l，硫脲2mg/l，乳酸10g/L。

(c)将镀液加热到80℃，然后将经过预处理的工件1放入镀液中，施镀60分钟，其间搅拌镀液并晃动工件1。

(d)施镀后取出工件1清洗干净

(e)将硫酸镍、柠檬酸钠、次亚磷酸钠、镀层粗化促进剂(碳酸氢钠、氢氧化钠的混合物，比例1:0.02)、醋酸钠、硫脲加入1升水中，充分搅拌使其完全溶解。此时溶液中含硫酸镍18g/l，柠檬酸钠10g/l，次亚磷酸钠12g/l，镀层粗化促进剂8g/L，醋酸钠5g/l，硫脲0.5mg/l。

(f)将镀液加热到80℃，然后将经过步骤(d)取出洗净的工件放入镀液中，施镀40分钟，其间搅拌镀液并晃动工件1。

(g)施镀后取出工件清洗干净，此时工件1表面已形成均匀多孔的镍合金粗化层2，在200倍显微镜下与标准喷砂Ra比较板对比，得到表面粗糙度可达3～6μm。

(h)将镀上镍合金粗化层2后的工件1置入一容器中。

(i)将杜邦420G-703涂料用稀释剂T-8595(稀释比例1:0.2)，充分搅拌均匀并用60目滤网过滤后，注入步骤(h)的容器中，直到浸没工件1。

(j)将容器置于超声清洗机中，长时间浸泡并利用超声波赶出镍合金粗化层2的孔隙中的气体，使涂料充分渗入工件1表面的镍合金粗化层2。8小时后取出，压缩空气吹净多余涂料。

(k)将初步涂覆后的工件1在220℃干燥10分钟，然后自然冷却至常温。

(l)将杜邦858G-917涂料充分搅拌均匀并用60目滤网过滤后，使用空气喷枪(空气雾化压力2.5kg/cm²，压力输料罐压力2kg/cm²)将涂料均匀喷涂于工件1内外表面。

(m)将涂覆后的工件1在150℃干燥20分钟，最后在380℃高温固化20分钟。

实施例3中，(b)、(c)、(d)步骤是将工件1表面先进行一般化学镀镍，镀上一层镍层，然后再经过(e)、(f)、(g)步骤将化学镀镍后的工件进行镀镍合金粗化层。

实施例4：

选用材质为不锈钢304、表面积0.025m²的工件1，进行低表面能涂料改性处理。

(a)将工件1先进行除污、除油、清洗、酸洗活化，最后用水清洗干净。

(b)将硫酸镍、次亚磷酸钠、镀层粗化促进剂(碳酸钠、氢氧化钠的混合物，比例1:0.02)、柠檬酸钠、醋酸钠、乳酸、硫脲加入1升水中，充分搅拌使其完全溶解，此时溶液中含硫酸镍25g/l，次亚磷酸钠25g/l，镀层粗化促进剂8g/l，柠檬酸钠9g/l，醋酸钠15g/l，乳酸1g/l、硫脲0.5mg/l。

(c)将镀液加热到85℃，然后将经过预处理的工件1放入镀液中并加以相对低电位金属触发，施镀30分钟，其间搅拌镀液并晃动工件1。

(d)施镀后取出工件1清洗干净，此时工件1表面已形成均匀多孔的镍合金粗化层2，在200倍显微镜下与标准喷砂Ra比较板对比，得到表面粗糙度可达2～5μm。

(e)将镀上镍合金粗化层2后的工件置入一密闭容器中，用中空泵抽真空。

(f)将杜邦421G-114涂料用稀释剂T-8595(稀释比例1:0.2)，充分搅拌均匀并用60目滤网过滤后，注入步骤(e)的密闭容器中，直到浸没工件，使涂料充分渗入工件表面的镍合金粗化层2。15分钟后取出，离心甩净工件1上多余涂料。

(g)将初步涂覆后的工件1在160℃干燥5分钟，然后自然冷却至常温。

(h)将杜邦421G-114涂料充分搅拌均匀并用60目滤网过滤后，使用空气喷枪(空气雾化压力2.5kg/cm²，压力输料罐压力2kg/cm²)将涂料均匀喷涂于工件1内外表面。

(i)将涂覆后的工件1在160℃干燥5分钟，最后在380℃高温固化15分钟。

实施例5：

选用材质为铜、表面积0.006m²的工件，进行低表面能涂料改性处理。

(a)将工件1先进行除污、除油、酸洗活化、清洗、氯化钯溶液浸渍，最后用水清洗干净。

(b)将硫酸镍、次亚磷酸钠、镀层粗化促进剂(碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠的混合物，比例1:1:0.04)、柠檬酸钠、醋酸钠、乳酸、硫脲依次加入1升水中，每加入一种药品需充分搅拌使其完全溶解，再加入下一种药品；再加入蒸馏水或去离子水至规定体积，此时溶液中含硫酸镍35g/l，次亚磷酸钠35g/l，镀层粗化促进剂8g/l，柠檬酸钠10g/l，醋酸钠15g/l，乳酸1.5g/l、硫脲1mg/l。

(c)将镀液加热到95℃，然后将经过预处理的工件1放入镀液中，并将铝丝搭接在工件1上进行低电位金属触发，施镀90分钟，其间搅拌镀液并晃动工件1。由于铝的电位低于铜，铝和铜之间形成电偶触发，使铜上镀。

(d)施镀后取出工件1清洗干净，此时工件表面已形成均匀多孔的镍合金粗化层2，在200倍显微镜下与标准喷砂Ra比较板对比，得到表面粗糙度可达2～4μm。

(e)将镀上镍合金粗化层2后的工件置入一容器中。

(f)将用于杜邦421G-114涂料用稀释剂T-8595稀释(稀释比例1:0.2)，充分搅拌均匀并用60目滤网过滤后，注入步骤(e)的容器中，直到浸没工件。

(g)将容器置于超声清洗机中，长时间浸泡并利用超声波赶出镍合金粗化层的孔隙中的气体，使涂料充分渗入工件1表面的镍合金粗化层2中。8小时后取出，离心甩净工件1上多余涂料。

(h)将初步涂覆后的工件1在160℃干燥5分钟，然后自然冷却至常温。

(i)将杜邦421G-114涂料充分搅拌均匀并用60目滤网过滤后，使用空气喷枪(空气雾化压力2.5kg/cm²，压力输料罐压力2kg/cm²)将涂料均匀喷涂于工件1内外表面。

(j)将涂覆后的工件1在160℃干燥5分钟，最后在380℃高温固化15分钟。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工件的表面处理方法，其特征在于：选取工件(1)，预处理后，在工件(1)表面化学镀上镍合金粗化层(2)，然后用涂料在镍合金粗化层(2)上涂覆封孔。

2.根据权利要求1所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述工件(1)表面化学镀上镍合金粗化层(2)的方法为：(A)配制镀液：硫酸镍，18～40g/l；乳酸，0～2.5g/l；柠檬酸钠，5～20g/l；次亚磷酸钠，12～40g/l；镀层粗化促进剂：4～20g/l；醋酸钠，5～30g/l；硫脲，0.5～3mg/l的混合液；(B)化学镀：将镀液加热到80～95℃，将预处理后的工件(1)放入镀液中，施镀20～90min，工件(1)表面形成镍合金粗化层(2)。

3.根据权利要求2所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述镀液中的镀层粗化促进剂为碳酸钠、碳酸氢钠中的任一种或氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中任意两种混合或氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠三种混合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述工件(1)的材质为碳钢、镍、铝、铝合金、不锈钢、镁合金、铜、银中的任一种，或表面有化学镀镍层的工件(1)。

5.根据权利要求4所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述工件(1)材质为不锈钢、铜、银中的一种时，化学镀采用低电位金属触发或外加电源触发的方式上镀。

6.根据权利要求5所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述工件(1)材质为碳钢、镍、铂中的一种时，预处理步骤为除污→除油→清洗→活化→清洗；所述工件(1)材质为铝、铝合金、不锈钢、镁合金中的一种时，预处理步骤为除污→除油→清洗→酸洗活化→清洗或者除污→除油→清洗→酸洗活化→清洗→闪镀镍→清洗；所述工件(1)材质为铜、银中的一种时，预处理步骤为除污→除油→清洗→酸洗活化→清洗→氯化钯溶液浸渍→清洗；所述有化学镀镍层的工件(1)，预处理步骤为除污→除油→清洗。

7.根据权利要求6所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述涂料在镍合金粗化层(2)上涂覆封孔的方法为将工件(1)完全浸没在功能性涂料中，利用超声波将镍合金粗化层(2)表面空隙中空气赶出，涂料渗入到镍合金粗化层(2)表面进行涂覆封孔；或将工件(1)置于真空环境中，然后注入功能性涂料完全浸没工件(1)，涂料渗入镍合金粗化层(2)中进行涂覆封孔。

8.根据权利要求7所述的工件表面处理方法，其特征在于：所述涂料为高温熔融固化的功能性涂料时，涂覆封孔时，将涂料直接涂覆在镍合金粗化层(2)上，然后干燥、固化，完成封孔。

9.根据权利要求8所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述涂覆封孔后的工件(1)是上可涂覆一层或多层涂料。

10.根据权利要求9所述的工件的表面处理方法，其特征在于：所述工件(1)预处理后，先在工件(1)表面进行化学镀镍，然后再进行镍合金粗化层(2)的施镀。