CN106086831A - 一种汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，主要包括冲击镍闪镀、镍磷合金化学镀和热处理等工艺步骤，所述镍磷合金化学镀中添加有纳米二氧化硅和石墨粉，并配合合适湿润剂，通过该化学镀液在空调压缩机斜盘的环肩表面制备一镍磷合金耐磨层，该镍磷合金耐磨层具有自润滑功能，提高了其耐磨性，延长了压缩机的实用寿命。

Description

一种汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法
技术领域
本发明属于汽车空调压缩机制作技术领域，尤其涉及压缩机斜盘耐磨合金层的生产方法。
背景技术
随着汽车制造行业的发展，汽车空调技术的研究越来越快。汽车空调压缩机是其中的核心部件，汽车空调压缩机通常采用斜盘轮转活塞进行压缩，斜盘高速旋转可达3000转/min，因此耐磨性要求非常高。目前空调压缩机中的斜盘通常采用分体式，即斜盘中部有电机驱动旋转的部分采用铸铁或不锈钢制成，而斜盘外圆周的环肩（因高速旋转与其他部件发生摩擦）则采用铜合金，并且在铜合金表面制备铬-钼合金层从而提高其耐磨性。采用这种方式的斜盘成本非常高，仅环肩的成本就需要几十元，且由于采用分体式结构，因此强度受限在运行时容易出现磨损偏差造成寿命短。
专利号为201310254119.7的发明专利公开的一种用于空调压缩机斜盘高耐磨的镍磷合金镀液获得的化学镍虽然相对于钴-钼合金具有较高的耐磨性能，但由于有机添加剂的存在在提高镀层的致密度和光亮度的同时也会造成结合力差和自润滑效果有限，更由于在长期实践经验中发现由于斜盘长期在作高速旋转的同时还要收到上下的起伏运动时的碾压冲击，使得斜盘的真实耐磨性能提升有限。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，获得的镍磷合金具有良好的自润滑效果，提高了斜盘的耐磨性和压缩机的实用寿命。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，包括以下步骤：
（1）经过前处理的斜盘铸件工件在冲击镍镀液中闪镀5～30s，所述冲击镍镀液的组成和操作条件如下：硫酸镍180～280g/L，氯化镍20～50g/L，硼酸25～35g/L，pH4～5,电流密度为10～40A/dm2；
（2）添加剂的配制：将称量好的KIO3、硫酸铈和钼酸铵按照4:1:1的重量比混合得到添加剂A；在去离子水中加入1～4m/L的表面活性剂，再加入按照质量比为1:4加入二氧化硅粉末和石墨粉并高速分散得到总重浓度为100g/L悬浊浆液的添加剂B；
（3）镍磷合金化学镀液的配制：在渡槽中加入去离子水并加热到60～80℃，加入硫酸镍20～30 g/L，搅拌溶解后，再加入醋酸钠5～12g/L和有机酸络合剂25～50g/L，搅拌溶解均匀；接着加入次亚磷酸钠20～30g/L和表面活性剂1～10ml/L并搅拌均匀，继续加入添加剂B20～200ml/L，搅拌均匀；接着加入25～50g/L的次亚磷酸钠，搅拌溶解后用氨水或硫酸调节pH值为4.6～4.9之间，并升温至85～95℃，最后加入0.2～5g/L的添加剂A并补足去离子水；
（4）在间歇打气搅拌下，将斜盘铸件工件浸入镍磷合金化学镀液中，在85～95℃温度下进行化学沉积，沉积时间为0.5～4h；
（5）沉积了镍磷合金的斜盘铸件工件在400℃下再经过热处理，完成。
作为优选，所述有机酸络合剂为乳酸、苹果酸或甘氨酸。
作为优选，所述纳米二氧化硅的粒径为10～40nm。
作为优选，所述表面活性剂为低泡非离子表面活性剂。
作为优选，所述斜盘铸件工件的前处理依次包括除油-除锈-酸活化。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过掺杂二氧化钛和石墨粉得到镍磷合金层具有更高的耐磨性和自润滑效果；利用冲击镍打底，剔除有机光亮剂并对其余组分进行含量匹配调整，从而极大的增强了镀层的结合力，同时最大化的消除由此可能带来的镀液不稳定影响；优选了低泡非离子型活性剂提高二氧化硅和石墨粉在镀液中的分散度，并减少化学镍在分散颗粒上的沉积。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明的汽车空调压缩机斜盘改进型镍磷复合化学镀液是针对专利号为201310254119.7的发明的改进。原化学镍镀层为半光亮银白色，且具有较高的硬度耐磨性，但在长时间的高速旋转平面摩擦和上下起伏的碾压冲击，斜盘边缘处会有一定几率出现起皮现象，同时在上下碾压冲击的环形圈处的耐磨强度还有待提高。
本发明的的改进型镍磷复合化学镀液的配制过程如下：
添加剂的配制：添加剂A是KIO3、硫酸铈和钼酸铵的混合物，各组分的含量KIO3：硫酸铈：钼酸铵=4:1:1。添加剂B是在去离子水中加入2ml/L的低泡型非离子表面活性剂，例如上海博易的8550表面活性剂，然后将粒径在20～30nm二氧化硅粉末和石墨粉按照质量比为1:4的比例分散在去离子水中形成100g/L的总重浓度，并在高速分散机在高速搅拌分散下形成悬浊浆液，备用。
冲击镍镀液的配制：在镀槽中加入去离子水并加热至50～80℃，并加入220g/L左右的硫酸镍，40g/L的氯化镍，35g/L的硼酸，并调节pH值到4.5～4.8，并过滤搅拌，备用。通过冲击镍在斜盘铸件的表面形成打底层，尤其是斜盘边缘的高电流密度区获得薄镍层，从而有利于化学镍的结合力提升。
镍磷合金化学镀液的配制：采用内衬有聚四氟乙烯的PP制镀槽或优选搪瓷渡槽，其中要尽量保证聚四氟乙烯层的表面光滑，避免出现刮痕及毛刺。然后在镀槽中加入70%的纯水并加热到70℃左右，加入计量的25g/L的硫酸镍，搅拌溶解后，再加入６g/L的醋酸钠和32g/L的乳酸溶解均匀。继续加入2ml/L的8550表面活性剂和150ml/L的添加剂B，搅拌均匀。接着加入26g/L的次亚磷酸钠，搅拌溶解后用氨水或硫酸调节pH值为4.6～4.9之间，并升温至85～95℃，最后加入2g/L的添加剂A，搅拌分散均匀。
镍磷复合合金层的制备：将上述斜盘部件经过除油-除锈-酸活化后，送入冲击镍中进行闪镀，在冲击镍中以镍板作为阳极，将斜盘铸件作为阴极浸入镀液中，在温度为40～50℃，电流密度为20～40A/dm2的条件下，闪镀5～10s，然后进过水洗后，再浸入到化学镀液中，在85～95℃下进行镍磷合金的化学沉积，该过程中设置出气向下的气管进行间隙打气确保添加剂B的均匀分散，同时镍磷合金在斜盘铸件表面发生自还原沉积，沉积时间控制在2h，可获得厚度为20～25μm的镍磷合金镀层，最后在400℃下进行热处理。
获得镍磷合金镀层外观为发暗的灰白色，镀层表面饱满填平度高，镀后镍磷合金直接经过检测硬度可达520～650HV，经过热处理后硬度可达1130HV，具有非常高的硬度。通过将工件浸入67%的浓HNO3中，经过10min酸腐蚀，未见表面明显变色。
采用0.5mm厚的铁皮相同条件下沉积镍磷合金，并进行90°反复弯折3次，镍磷合金层与铁基体未发现剥离、起皮现象，具有极佳的结合力。
另外对合金层的耐磨性进行耐磨测试：以白刚玉试块作为对磨偶件，并在MPX02000型盘销式摩擦磨损试验机进行磨损试验。试验条件：室温，干摩擦磨损，相对湿度R1160%，荷载为50N，试样滑动速度为3.99m/s，并测试总转数为1000转。本发明的磨损失重为23mg,相对现有技术已有明显改进。更重要的是，本发明镍磷合金表面是掺杂有石墨自润滑材料在于承托半球的接触时在机油的润滑强化下，大大提高了斜盘的机械耐磨性。
本发明主要剔除原有机添加剂B，虽然降低了镍磷合金的光亮度和致密度，但好处在于直接大大提升了镀层的结合力避免斜盘边缘的镀层剥离。而与之匹配的，本发明引入二氧化硅和石墨的掺杂，在基本不降低镀层硬度的前提下由于镍磷合金对二氧化硅和石墨的包裹时会形成凹陷，更利于存储润滑油，同时石墨本身具有自润滑效果，因此大大提升了其在润滑摩擦下的寿命。由于添加了不参与自还原反应的二氧化硅和石墨，容易导致其作为沉积晶种影响化学镍镀液的稳定性，发明人降低了醋酸钠（作为镀液的反应加速剂）的量，同时提高络合剂乳酸和次亚磷酸钠的含量，从而可以保证一定反应速度的前提下尽可能提高镀液稳定性。另外，本发明表面活性剂除了用于分散纳米二氧化硅和石墨粉防止团聚的作用外，还有避免其成为化学镍的沉积晶种作用。
总所周知，化学镍镀液的机理是自发还原反应，通常的化学镍镀也稳定性差，连续生产的情形下，寿命只有2～4h。随着生产的进行化学镍镀液稳定性变差，溶液中磷含量及反应副产物发生累积会造成合金层外观变暗，结合力及耐蚀性等性能变差。本发明中添加剂A的作用是提高镀液的化学稳定性，其中KIO3为主稳定剂控制还原反应速度，硫酸铈和钼酸铵为辅主要改善合金层的沉积致密度。通过添加剂A可以确保化学镍镀液稳定生产4h以上，从而可以至少保证一个班次的稳定生产（从而避免单个班次需重新配制镀液），而普通化学镍在进行生产3个小时后，稳定性难以得到保证。
化学镍镀液的报废：当化学镍施镀5个周期后，需重新配制镀液，从而可以确保合金层的质量。其中所述化学镍施镀周期是指当镍离子补充量为初始浓度时即为1个周期。
作为优选方案，所述镀槽内壁内衬有聚四氟乙烯层；且浸入到镀液中的加热设备表面也包裹聚四氟乙烯层。

Claims (5)

1.一种汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）经过前处理的斜盘铸件工件在冲击镍镀液中闪镀5～30s，所述冲击镍镀液的组成和操作条件如下：硫酸镍180～280g/L，氯化镍20～50g/L，硼酸25～35g/L，pH4～5,电流密度为10～40A/dm2；
（2）添加剂的配制：将称量好的KIO3、硫酸铈和钼酸铵按照4:1:1的重量比混合得到添加剂A；在去离子水中加入1～4m/L的表面活性剂，再加入按照质量比为1:4加入二氧化硅粉末和石墨粉并高速分散得到总重浓度为100g/L悬浊浆液的添加剂B；
（3）镍磷合金化学镀液的配制：在渡槽中加入去离子水并加热到60～80℃，加入硫酸镍20～30 g/L，搅拌溶解后，再加入醋酸钠5～12g/L和有机酸络合剂25～50g/L，搅拌溶解均匀；接着加入次亚磷酸钠20～30g/L和表面活性剂1～10ml/L并搅拌均匀，继续加入添加剂B20～200ml/L，搅拌均匀；接着加入25～50g/L的次亚磷酸钠，搅拌溶解后用氨水或硫酸调节pH值为4.6～4.9之间，并升温至85～95℃，最后加入0.2～5g/L的添加剂A并补足去离子水；
（4）在间歇打气搅拌下，将斜盘铸件工件浸入镍磷合金化学镀液中，在85～95℃温度下进行化学沉积，沉积时间为0.5～4h；
（5）沉积了镍磷合金的斜盘铸件工件在400℃下再经过热处理，完成。
2.根据权利要求1所述汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，其特征在于：所述有机酸络合剂为乳酸、苹果酸或甘氨酸。
3.根据权利要求1所述汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为10～40nm。
4.根据权利要求1所述汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，其特征在于：所述表面活性剂为低泡非离子表面活性剂。
5.根据权利要求1所述汽车空调压缩机斜盘表面镍磷合金沉积工艺方法，其特征在于：所述斜盘铸件工件的前处理依次包括除油-除锈-酸活化。
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