CN108677182B - 一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，属于表面防护技术领域。本发明所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇5%~12%，聚乙烯醇6%~10%，钠基膨润土0.5%~2%，柠檬酸3%~6%，木质素纤维2%~5%，氟硼酸1%~2%，二价镉盐15%~20%，余量为水。本发明所述活化剂中各组分加入能够保证在稳定酸性的镀液环境中镉粉、镉合金粉表面处于合适的活化状态，金属粉末颗粒表面、基体表面和二价镉离子之间形成一定范围的弱电吸附，有利于金属粉末在基体表面的稳定吸附沉积，因此，本发明所述活化剂用于机械沉积镉及镉合金镀层时具有明显的金属粉末机械沉积速度稳定，镀层增厚速度稳定的优点。

Description

一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂

技术领域

本发明涉及一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，属于表面防护技术领域。

背景技术

镉对钢铁基材属于阴极保护镀层，但在高温或海洋气候下，镉镀层则属于牺牲性阳极保护镀层；同时镉镀层的焊接性与润滑性良好。虽然镀镉存在潜在的环境污染，且镀层易出现氢脆、镉脆，但由于其具有以上优异的耐海洋环境腐蚀性能，所以镀镉目前仍然是海工装备用钢基零部件的主要防护措施，尤其是应用于船舰装备的紧固件、连接件等的表面防护，镀镉仍然是主要的首选。当前的镀镉基本采用电镀镉工艺，300M、30CrMnSiNi2A、A-100等高强度钢螺栓及连接件的电镀镉易出现氢脆、镉脆，严重影响着基体材料的疲劳寿命。

机械沉积镀是一种在常温常压下利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉末在工件表面形成镀层的工艺。与传统的电镀和热镀相比，机械沉积镀具有室温下操作、镀后无氢脆、镀层厚度容易控制、无镉离子扩散、无回火软化等诸多优点。机械沉积锌镀层形成过程的研究发现，金属粉末的机械沉积过程是金属粉体的直接成型过程，是金属粉末的固态→固态的转变，不同于电镀过程金属的固态→离子态→固态转变，也不同于热浸镀过程的固态→液态→固态转变；所以，机械沉积镀过程没有电解效应、没有高温冶金反应；所以，机械沉积镀过程没有电解析氢，更没有高温熔融金属的侵蚀。显而易见，从氢脆和镉脆产生的原因考虑，采用机械沉积镀方法制备镉及镉合金镀层有着明显的优势。但国内外的文献检索表明，有关机械沉积镉及镉合金镀层的相关研究甚少。鉴于此，针对传统电镀镉存在的诸多问题，开展镉及镉合金镀层的机械沉积研究具有重要的实践意义和应用价值，这也是金属表面处理技术领域科技工作者们亟待解决的课题。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术的不足，提出一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇5%~12%，聚乙烯醇6%~10%，钠基膨润土0.5%~2%，柠檬酸3%~6%，木质素纤维2%~5%，氟硼酸1%~2%，二价镉盐15%~20%，余量为水，所有组份的质量百分比之和为100%。

本发明所述二价镉盐为硫酸镉、乙酸镉中一种或两种按任意比例混合得到的混合物。

本发明所述活化剂的原料均为工业级化工原料。

本发明所述活化剂的配制方法：首先向容器中加入计算量的水，按质量百分比再向水中加入丙二醇、聚乙烯醇、钠基膨润土、柠檬酸、氟硼酸，最后加入木质素纤维和二价镉盐，并搅拌均匀，得到活化剂的水溶液。

本发明所述机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂配制完成后要求4～6小时之内用完。

本发明所述机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂使用时镀层厚度每增厚10μm活化剂的添加量Q为：

Q：添加量，单位ml；

S：镀件的表面积，单位m²；

40～50：系数，据镀件表面的平整度从40至50选取。

本发明所述机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂使用时的工艺步骤如下：

（1）预处理：采用电镀、热浸镀、机械镀工艺常用的脱脂除油方法如热碱法、超声波法、氧化法等去除工件表面的油脂，采用电镀、热浸镀、机械镀工艺常用的除锈方法如化学酸洗法、喷砂喷丸等去除工件表面的锈垢，经预处理的钢铁制件表面露出清洁的金属表层。

（2）建立Cd-Sn基层：采用类似于机械镀锌方法使用通用的机械镀设备，通过向机械镀设备滚筒中添加镉粉和硫酸亚锡在钢铁制件表面建立Cd-Sn基层。

（3）镀镉：建立Cd-Sn基层后向滚桶内添加镉粉或镉合金粉，然后根据镀件的表面积量取并加入活化剂水溶液，待滚筒转动5～8分钟（此过程可根据要求的镉层或镉合金层厚度多次循环添加镉粉或镉合金粉、活化剂水溶液，循环加料的时间间隔为5～8分钟）。

（4）后处理：达到预镀镀层厚度时，卸料、分离，镀件在不高于120℃温度下烘干，钢铁制件表面即可获得一层光亮的银白色的镉镀层或镉合金镀层。

本发明的有益效果：

本发明活化剂中各组分加入能够保证在稳定酸性的镀液环境中镉粉、镉合金粉表面处于合适的活化状态，金属粉末颗粒表面、基体表面和二价镉离子之间形成一定范围的弱电吸附，有利于金属粉末在基体表面的稳定吸附沉积，本发明的活化剂用于机械沉积镉及镉合金镀层时具有金属粉末沉积速度稳定，镀层增厚速度稳定的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例中所用原料均为工业级化工原料，水为干净的自来水。

实施例1

一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇 5%、聚乙烯醇 8%、钠基膨润土1%、柠檬酸6%、木质素2%、氟硼酸1%、硫酸镉15%，余量为水（质量百分比为62%）。

本实施例所述活化剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为Φ20mm、厚度3.0 mm的标准平垫片100 kg，欲镀表面积约8.55㎡，要求镀层厚度为20μm。按上述原料质量百分比配制活化剂水溶液（配制时首先向水中添加丙二醇、聚乙烯醇、钠基膨润土、柠檬酸、氟硼酸，然后加入木质素纤维和硫酸镉，并搅拌均匀）；将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加726g镉粉，然后向镀筒内添加配制的活化剂水溶液345ml，镀筒继续转动5分钟（5分钟后取样，采用磁性法测量镀层厚度，厚度约10μm）；再次向镀筒中添加726g镉粉，活化剂水溶液428ml，镀筒继续转动8分钟，之后卸料、分离，垫片表面获得光亮的银白色镉镀层；120℃+30min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色，磁性法测量镀层厚度约22μm。可见，施镀过程每次加料后5分钟可获得约10μm厚度的镀层。

实施例2

一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇12%、聚乙烯醇6%、钠基膨润土2%、柠檬酸3%、木质素5%、氟硼酸2%、乙酸镉20%，水余量

本实施例所述活化剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为Φ3.0mm的水泥钢钉100 kg，欲镀表面积约17㎡，要求镀层厚度为10μm。按上述原料质量百分比配制活化剂水溶液（配制时首先向水中添加丙二醇、聚乙烯醇、钠基膨润土、柠檬酸、氟硼酸，然后加入木质素纤维和乙酸镉，并搅拌均匀）。将经过机械法预处理的钢钉建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加1445g镉粉，然后向镀筒内添加配制的活化剂水溶液680ml，镀筒转动6分钟，之后卸料、分离，钢钉表面获得光亮的银白色镉镀层；120℃+40min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色，横断面金相法观察镉镀层厚度约10μm，且镀层厚度均匀；90°弯曲试验钢钉未发生脆断。

实施例3

一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇8%、聚乙烯醇10%、钠基膨润土0.5%、柠檬酸5%、木质素3%、氟硼酸1.5%、硫酸镉18%，水余量。

本实施例所述活化剂用于钢铁制件表面机械沉积镉-锌镀层，待镀工件为M16的8.8级标准螺栓150 kg，欲镀表面积6.5㎡，要求镀层厚度为30μm。按上述原料质量百分比配制活化剂水溶液（配制时首先向水中添加丙二醇、聚乙烯醇、钠基膨润土、柠檬酸、氟硼酸，然后加入木质素纤维和硫酸镉，并搅拌均匀）。将经过预处理的螺栓建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加510g镉-锌合金粉，然后向镀筒内添加配制的活化剂水溶液300ml，镀筒继续转动6分钟（6分钟后取样，采用磁性法测量镀层厚度，厚度约11μm）；再次向镀筒中添加510g镉-锌粉，活化剂水溶液300ml，镀筒继续转动5分钟（5分钟后取样，采用磁性法测量镀层厚度，厚度约21μm）；第三次向镀筒中添加510g镉-锌粉，活化剂水溶液300ml，镀筒继续转动6分钟；之后卸料、分离，螺栓表面获得光亮的银白色镉-锌镀层；120℃+20min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色，磁性测量法检测螺栓头部平面位置的镀层厚度约32μm；镀后拉伸试验测试螺栓的力学性能均合格。可见，当欲镀层较厚时，施镀过程每次加料后5～6分钟仍可获得约10μm厚度的镀层，且每次循环加料可实现镀层的循环增厚。

实施例4

一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇10%、聚乙烯醇8%、钠基膨润土1.5%、柠檬酸5%、木质素4%、氟硼酸1.5%、硫酸镉18%，水余量。

本实施例所述活化剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为外径Φ11.4mm、内径Φ5.5mm、厚度0.5mm的碟形垫片50 kg，材质为65Mn，欲镀表面积26㎡，要求镀层厚度为10μm。按上述原料质量百分比配制活化剂水溶液（配制时首先向水中添加丙二醇、聚乙烯醇、钠基膨润土、柠檬酸、氟硼酸，然后加入木质素纤维和硫酸镉，并搅拌均匀）。将经过机械法预处理的垫片制件建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加1850g镉粉，然后向镀筒内添加配制的活化剂水溶液430ml，镀筒转动4分钟；再次向镀筒中添加1850g镉粉和活化剂水溶液430ml，镀筒转动4分钟；第三次向镀筒中添加1850g镉粉和活化剂水溶液430ml，镀筒转动5分钟；之后卸料、分离，垫片表面获得光亮的银白色镉镀层；120℃+60min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色，磁性测量法检测垫片表面的镀镉层厚度介于10～12μm；采用扭力扳手同一载荷下反复装夹拆卸50次，垫片未发生脆断、裂纹。可见，当施镀过程镉粉和活化剂的量按相同的缩小比例添加时，同样能够实现镉粉的连续、稳定沉积，此时每次循环加料可获得的镀层厚度以10μm厚度为基础按相同缩小比例减薄。

实施例5

一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇5%、聚乙烯醇8%、钠基膨润土1%、柠檬酸6%、木质素2%、氟硼酸1%、硫酸镉15%，水余量。

本实施例所述活化剂用活化剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为Φ20mm、厚度3.0 mm的标准平垫片200 kg，欲镀表面积约17.1㎡，要求镀层厚度为20μm。按上述原料质量百分比配制活化剂水溶液（配制时首先向水中添加丙二醇、聚乙烯醇、钠基膨润土、柠檬酸、氟硼酸，然后加入木质素纤维和硫酸镉，并搅拌均匀），并放置8小时。将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加1452g镉粉，然后向镀筒内添加配制的活化剂水溶液690ml，镀筒继续转动5分钟；再次向镀筒中添加1452g镉粉，活化剂水溶液856ml，镀筒继续转动8分钟，之后卸料、分离，垫片表面获得灰暗镉镀层；120℃+30min烘干后镀层仍呈现灰暗色，磁性测量法检测垫片表面的镀镉层厚度介于12-15μm。可见，本发明机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂配制后放置时间较长时会降低功效，影响镉粉的沉积。

Claims (2)

1.一种机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，其特征在于：所述活化剂的组分及质量百分比为：丙二醇5%~12%，聚乙烯醇6%~10%，钠基膨润土0.5%~2%，柠檬酸3%~6%，木质素纤维2%~5%，氟硼酸1%~2%，二价镉盐15%~20%，余量为水。

2.根据权利要求1所述机械沉积镉及镉合金镀层用活化剂，其特征在于：所述二价镉盐为硫酸镉、乙酸镉中一种或两种按任意比例混合得到的混合物。