CN108914121B - 一种带多元镀层的胎圈钢丝及其镀层施镀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种带多元镀层的胎圈钢丝及镀层施镀方法，其中，所述胎圈钢丝表面的多元镀层由三层镀层构成，其中，三层镀层从内向外分别为铜锡合金镀层、铜镍合金镀层和铜锌合金镀层。其中，所述铜锡合金镀层厚度为0.03‑0.09μm，铜镍合金镀层厚度为0.02‑0.08μm，铜锌合金镀层厚度为0.02‑0.08μm，三层镀层的总厚度为0.1‑0.15μm。上述带多元镀层的胎圈钢丝可以适用于高硫橡胶、低硫橡胶等多种类型的橡胶，适用范围广，与橡胶的结合力得到明显提高，所述镀层施镀方法使胎圈钢丝表面镀层的施镀速度得到显著提升，从而大幅度提高了所述带多元镀层的胎圈钢丝的生产效率，降低了生产成本。

Description

一种带多元镀层的胎圈钢丝及其镀层施镀方法
技术领域
本发明涉及胎圈钢丝的生产领域，尤其涉及一种带多元镀层的胎圈钢丝及其镀层施镀方法。
背景技术
由于胎圈钢丝在轮胎的使用过程中要承受极其复杂的交变负荷和冲击负荷，这要求胎圈钢丝必须与橡胶具有良好的粘合性能，反之，轮胎在使用过程中易产生钢丝圈松散、钢丝刺出，甚至会造成胎圈爆破等危害人身财产安全的事故。
由于光面钢丝与橡胶的粘合性能极差,因此必须在钢丝表面均匀覆盖镀层。镀铜后的胎圈钢丝与橡胶的黏合力主要体现为两种作用力，包括硫化后产生的硫化铜层与橡胶进行化学反应形成的化学黏合以及高极性的橡胶表面与钢丝表面形成的硫化亚铜薄膜之间的物理黏合，这两种形式黏合力共同作用使钢丝与橡胶之间进行良好黏合。根据橡胶制品的品种、运行速度、受力状态以及胶料配方,胎圈钢丝表面镀层可以选择纯铜、锡青铜、黄铜和纯锌等单金属或二元合金。
钢丝与橡胶的粘合性能不仅取决于钢丝，与橡胶配方也有着密切关系。当橡胶配方一定时，影响粘合性能的主要因素是胎圈钢丝镀层成分和镀层厚度以及表面状况。由于不同轮胎的橡胶种类不同，生产时需要根据用户的橡胶类型与需求选择不同的镀层以适应相应橡胶特性，这就需要建设多条不同的镀铜生产线，或者是一条生产线配置多种镀铜装置，这会给工厂生产线的设置以及正常工艺安排带来了困难，并且生产成本的提高。
因此，现有技术有待提高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了适用于多种橡胶的带多元镀层的胎圈钢丝及其镀层施镀方法，以解决目前单一铜镀层或者合金镀层无法匹配多种轮胎橡胶的问题。
本发明提供了一种带多元镀层的胎圈钢丝，其中，所述胎圈钢丝表面的多元镀层由三层镀层构成，其中，三层镀层从内向外分别为铜锡合金镀层、铜镍合金镀层和铜锌合金镀层。
所述的带多元镀层的胎圈钢丝，其中，所述铜锡合金镀层为0.03-0.09μm，铜镍合金镀层厚度为0.02-0.08μm，铜锌合金镀层厚度为0.02-0.08μm，三层镀层的总厚度为0.1-0.15μm。
所述的带多元镀层的胎圈钢丝，其中，所述铜锡合金镀层的锡含量为0.5％-12％，铜镍合金镀层的镍含量范围为50％-70％，铜锌合金镀层的锌含量为30％-40％。
如上所述的带多元镀层的胎圈钢丝的镀层施镀方法包括以下步骤：
S1：分别配置铜锡合金镀液、铜镍合金镀液和铜锌合金镀液；
S2：使胎圈钢丝直接经过盛装铜锡合金镀液的镀铜槽中进行化学镀铜，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.03-0.09μm的铜锡合金镀层；然后进行水洗；
S3：使经过S2步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜镍合金镀液的电镀槽进行电镀，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02-0.08μm的铜镍合金镀层；然后进行水洗；
S4：使经过S3步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜锌合金镀液的电镀槽进行电镀，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02-0.08μm的铜锌合金镀层；然后进行水洗和干燥处理，获得表面镀有三层多元镀层的胎圈钢丝。
所述的镀层施镀方法中，所述铜锡合金镀液包括以下浓度的组分：
CuSO4·5H2O：10-16g/L；
SnSO4：0.05-1.5g/L；
H2SO4：10-16g/L。
所述的镀层施镀方法中，所述的铜镍合金镀液包括以下质量浓度的组分：
CuSO4·5H2O：7-13g/L；
NiSO4·6H2O：15-25g/L；
焦磷酸钾：110-130g/L；
其中，镀液pH值为8.5-9.5。
所述的镀层施镀方法中，所述的铜锌合金镀液包括以下质量浓度的组分：
CuSO4·5H2O：10-20g/L；
ZnSO4·7H2O：11-21g/L；
焦磷酸钾：110-130g/L；
其中，镀液pH值在10-11。
所述的镀层施镀方法中，S2步骤的镀铜温度为30-40℃，S3步骤镀铜温度都为45-55℃，S4步骤镀铜温度为45-55℃。
所述的镀层施镀方法中，胎圈钢丝在三种镀液中的行进速度为350-400m/min。
本发明提供的带多元镀层的胎圈钢丝及其镀层施镀方法具有以下有益效果：
1.本发明提供的多元镀层专用于胎圈钢丝表面镀铜处理，带多元镀层的胎圈钢丝可以适用于高硫橡胶、低硫橡胶等多种类型的橡胶，适用面广，极大地简化了工厂生产线的设置以及降低了生产成本；
2.相较于传统单一铜合金镀层，由内外设置的铜锡合金镀层、铜镍合金镀层和铜锌合金镀层组成的多元镀层将胎圈钢丝与橡胶的结合力提高6％以上。
3.本发明提供的镀层施镀方法使胎圈钢丝表面镀层的施镀速度得到显著提升，胎圈钢丝施镀过程中的行进速度提高到350-400m/min，是传统单一镀层行进速度的1.5-2倍，从而大幅度提高了所述带多元镀层的胎圈钢丝的生产效率，降低了生产成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种带多元镀层的胎圈钢丝，其中，所述胎圈钢丝表面的多元镀层由三层镀层构成，其中，三层镀层从内向外分别为铜锡合金镀层、铜镍合金镀层和铜锌合金镀层。
其中，位于最内层的铜锡合金镀层起基地作用，位于中层的铜镍合金镀层作为过渡层，起到防腐作用，位于最外层的铜锌合金镀层主要起到与橡胶黏合的作用。铜锡合金镀层和铜镍合金镀层配合铜锌合金镀层共同作用进一步提高多元镀层与橡胶的黏合力，也提高了胎圈钢丝的防腐蚀、防锈性能。
优选地，所述铜锡合金镀层为0.03-0.09μm，铜镍合金镀层厚度为0.02-0.08μm，铜锌合金镀层厚度为0.02-0.08μm，三层镀层的总厚度为0.1-0.15μm，并且三层镀层的总厚度为0.1-0.15μm。上述设置的多元镀层的厚度最佳，不仅使多元镀层与多种橡胶黏合力得到极大提高，并且使胎圈钢丝保持正常的机械性能，且不易出现锈化现象。而上述多元镀层的过厚会引起镀层界面的内聚力的破坏，导致镀层间结合性减弱以及多元镀层与橡胶的黏合力的下降；多元镀层的过薄会导致各镀层的厚薄不均、镀层的防锈能力下降，镀层的综合性能下降。
优选地，所述铜锡合金镀层的锡含量为0.5％-12％，铜镍合金镀层的镍含量范围为50％-70％，铜锌合金镀层的锌含量为30％-40％。这样设置配合多元镀层厚度和位置分布的设置使多元合金镀层的综合性能好，与多种橡胶(高硫橡胶、低硫橡胶等)的黏合力大，适用范围广。
上述带多元镀层的胎圈钢丝的镀层施镀方法包括以下具体步骤：
S1：按照以下配方分别配置铜锡合金镀液、铜镍合金镀液和铜锌合金镀液；其中，所述铜锡合金镀液包括以下浓度的组分：
CuSO4·5H2O：10-16g/L；
SnSO4：0.05-1.5g/L；
H2SO4：10-16g/L。
所述的铜镍合金镀液包括以下质量浓度的组分：
CuSO4·5H2O：7-13g/L；
NiSO4·6H2O：15-25g/L；
焦磷酸钾：110-130g/L；
其中，镀液pH值为8.5-9.5。
所述的铜锌合金镀液包括以下质量浓度的组分：
CuSO4·5H2O：10-20g/L；
ZnSO4·7H2O：11-21g/L；
焦磷酸钾：110-130g/L；
其中，镀液pH值在10-11。
上述三种镀液以水为溶剂进行配置。
上述三种镀液的配置方法为：在相应的化镀槽中加入纯净水，接着分别加入定量的各个组分，混合均匀，调节PH值后，并将镀液分别升温至相应的镀铜温度。
上述三种镀层的配方的原料种类少，易收集，配置方法简单，不需要复杂的实验设备，操作简单；并且上述配方制备的三种镀液形成镀层速度快，在钢丝表面形成的多元镀层稳定，与橡胶的结合能力强，使用范围广。
S2：使胎圈钢丝直接经过盛装铜锡合金镀液的镀铜槽中进行化学镀铜，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.03-0.09μm的铜锡合金镀层，镀铜温度为30-40℃；然后进行水洗。
S3：使经过S2步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜镍合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02-0.08μm的铜镍合金镀层；然后进行水洗。
S4：使经过S3步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜锌合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02-0.08μm的铜锌合金镀层；然后进行水洗和干燥处理，获得表面镀有三层多元镀层的胎圈钢丝。
其中，胎圈钢丝在三种镀液中的行进速度为350-400m/min。与传统镀线速度200-300m/min相比，胎圈钢丝化镀的行进速度提升了1.5-2倍。由于各镀液在胎圈钢丝表面形成镀层速度快，上述胎圈钢丝的行进速度不仅能满足化镀要求，并且大幅度提高了工作效率，降低了化镀的生产成本。
实施例1
本实施例提供一种带多元镀层的胎圈钢丝的镀层施镀方法，具体步骤如下：
S1：分别按照以下配方分别配置铜锡合金镀液、铜镍合金镀液和铜锌合金镀液；
其中，所述铜锡合金镀液包括以下浓度的组分：CuSO4·5H2O：16g/L；SnSO4：1.5g/L；H2SO4：10-16g/L。
所述的铜镍合金镀液包括以下质量浓度的组分：CuSO4·5H2O：7g/L；NiSO4·6H2O：15g/L；焦磷酸钾：110-130g/L；其中，镀液pH值为8.5-9.5。
所述的铜锌合金镀液包括以下质量浓度的组分：CuSO4·5H2O：10g/L；ZnSO4·7H2O：11g/L；焦磷酸钾：110-130g/L；其中，镀液pH值在10-11。
S2：将胎圈钢丝直接经过盛装铜锡合金镀液的镀铜槽中进行化学镀铜，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.09μm的铜锡合金镀层，镀铜温度为30-40℃；然后进行水洗。
S3：使经过S2步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜镍合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02μm的铜镍合金镀层；然后进行水洗。
S4：使经过S3步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜锌合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02μm的铜锌合金镀层；然后进行水洗和干燥处理，获得表面镀有三层多元镀层的胎圈钢丝。
其中，胎圈钢丝在三种镀液中的行进速度为350m/min。
制备得到的带多元镀层的胎圈钢丝具有三层镀层，底层为铜锡合金镀层，中间为铜镍合金镀层，表层为铜锌合金镀层。其中铜锡合金镀层为0.09μm，铜镍合金镀层厚度为0.02μm，铜锌合金镀层厚度为0.02μm。
黏合力测试
根据国家标准GB/T 14450-2016中黏合力的检测方法对上述胎圈钢丝与硫化橡胶的黏合力进行测试。本实施例采用的钢丝为国标72钢，线径为0.96mm。以传统的镀有相同厚度单一铜合金镀层的同型号钢丝作为对照组，本实施例的带有多远镀层的胎圈钢丝作为实验组，分别对两组胎圈钢丝进行与硫化橡胶的黏合力测试。
具体测试方法为：将炼制均匀的胶料放入硫化模具中，并将实验组和一个对照组分别放置于胶料中间，用平板硫化机进行硫化，胶料冷却后通过英斯特朗拉力机将三个实验组的胎圈钢丝从胶料中拔出得到的最大力为黏合力。
测试结果为：对照组与橡胶的黏合力为1020N，实验组与橡胶的黏合力为1095N，实验组的黏合力提高了7.3％。
实施例2
本实施例提供一种带多元镀层的胎圈钢丝的镀层施镀方法，具体步骤如下：
S1：分别按照以下配方分别配置铜锡合金镀液、铜镍合金镀液和铜锌合金镀液；
其中，所述铜锡合金镀液包括以下浓度的组分：CuSO4·5H2O：10g/L；SnSO4：0.05g/L；H2SO4：10-16g/L。
所述的铜镍合金镀液包括以下质量浓度的组分：CuSO4·5H2O：13g/L；NiSO4·6H2O：25g/L；焦磷酸钾：110-130g/L；其中，镀液pH值为8.5-9.5。
所述的铜锌合金镀液包括以下质量浓度的组分：CuSO4·5H2O：10g/L；ZnSO4·7H2O：11g/L；焦磷酸钾：110-130g/L；其中，镀液pH值在10-11。
S2：使胎圈钢丝直接经过盛装铜锡合金镀液的镀铜槽中进行化学镀铜，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.03μm的铜锡合金镀层，镀铜温度为30-40℃；然后进行水洗。
S3：使经过S2步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜镍合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.08μm的铜镍合金镀层；然后进行水洗。
S4：使经过S3步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜锌合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02μm的铜锌合金镀层；然后进行水洗和干燥处理，获得表面镀有三层多元镀层的胎圈钢丝。
其中，胎圈钢丝在三种镀液中的行进速度为400m/min。
制备得到的带多元镀层的胎圈钢丝，具有三层镀层，底层为铜锡合金镀层，中间为铜镍合金镀层，表层为铜锌合金镀层。其中，铜锡合金镀层为0.03μm，铜镍合金镀层厚度为0.08μm，铜锌合金镀层厚度为0.02μm。
黏合力测试
本实施例的实验组和对照组都采用国标80钢的钢丝，线径为1.2mm。本实施例的黏合力测试方法与实施例1的方法相同。
测试结果为：对照组与橡胶的黏合力为1015N，实验组与橡胶的黏合力为1090N，实验组的黏合力提高了7.8％。
实施例3
本实施例提供一种带多元镀层的胎圈钢丝的镀层施镀方法，具体步骤如下：
S1：分别按照以下配方分别配置铜锡合金镀液、铜镍合金镀液和铜锌合金镀液；
其中，所述铜锡合金镀液包括以下浓度的组分：CuSO4·5H2O：13g/L；SnSO4：0.1g/L；H2SO4：10-16g/L。
所述的铜镍合金镀液包括以下质量浓度的组分：CuSO4·5H2O：10g/L；NiSO4·6H2O：20g/L；焦磷酸钾：110-130g/L；其中，镀液pH值为8.5-9.5。
所述的铜锌合金镀液包括以下质量浓度的组分：CuSO4·5H2O：15g/L；ZnSO4·7H2O：16g/L；焦磷酸钾：110-130g/L；其中，镀液pH值在10-11。
S2：使胎圈钢丝直接经过盛装铜锡合金镀液的镀铜槽中进行化学镀铜，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.04μm的铜锡合金镀层，镀铜温度为30-40℃；然后进行水洗。
S3：使经过S2步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜镍合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.05μm的铜镍合金镀层；然后进行水洗。
S4：使经过S3步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜锌合金镀液的电镀槽进行电镀，镀铜温度都为45-55℃，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.05μm的铜锌合金镀层；然后进行水洗和干燥处理，获得表面镀有三层多元镀层的胎圈钢丝。
其中，胎圈钢丝在三种镀液中的行进速度为380m/min。
制备得到的带多元镀层的胎圈钢丝，具有三层镀层，底层为铜锡合金镀层，中间为铜镍合金镀层，表层为铜锌合金镀层。其中，铜锡合金镀层为0.04μm，铜镍合金镀层厚度为0.05μm，铜锌合金镀层厚度为0.05μm。
黏合力测试
本实施例的实验组和对照组都采用国标82钢的钢丝，线径为1.2mm。本实施例的黏合力测试方法与实施例1的方法相同。
测试结果为：对照组与橡胶的黏合力为1010N，实验组与橡胶的黏合力为1075N，实验组的黏合力提高了6.4％。
通过上述三个实施例的测试结果表明：与传统铜合金镀层相比，带多元镀层的胎圈钢丝与橡胶的结合力提高至少6％，并且带多元镀层的胎圈钢丝能适用于各种高硫橡胶、低硫橡胶等多种类型的橡胶，适用范围广。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种带多元镀层的胎圈钢丝，其特征在于，所述胎圈钢丝表面的多元镀层由三层镀层构成，其中，三层镀层从内向外分别为铜锡合金镀层、铜镍合金镀层和铜锌合金镀层；所述铜锡合金镀层厚度为0.03-0.09μm，铜镍合金镀层厚度为0.02-0.08μm，铜锌合金镀层厚度为0.02-0.08μm，三层镀层的总厚度为0.1-0.15μm；
其中，所述铜锡合金镀层采用铜锡合金镀液化学施镀而成，所述铜锡合金镀液包括以下浓度的组分：
CuSO4·5H2O：10-16g/L，
SnSO4：0.05-1.5g/L，
H2SO4：10-16g/L；
所述铜镍合金镀层采用铜镍合金镀液电镀而成，所述铜镍合金镀液包括以下质量浓度的组分：
CuSO4·5H2O：7-13g/L，
NiSO4·6H2O：15-25g/L，
焦磷酸钾：110-130g/L，
铜镍合金镀液pH值为8.5-9.5；
所述铜锌合金镀层采用铜锌合金镀液电镀而成，所述铜锌合金镀液包括以下质量浓度的组分：
CuSO4·5H2O：10-20g/L，
ZnSO4·7H2O：11-21g/L，
焦磷酸钾：110-130g/L，
铜锌合金镀液pH值在10-11。
2.根据权利要求1所述的带多元镀层的胎圈钢丝，其特征在于，所述铜锡合金镀层的锡含量为0.5％-12％，铜镍合金镀层的镍含量范围为50％-70％，铜锌合金镀层的锌含量为30％-40％。
3.如权利要求1所述的带多元镀层的胎圈钢丝的镀层施镀方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：分别配置铜锡合金镀液、铜镍合金镀液和铜锌合金镀液；
S2：使胎圈钢丝直接经过盛装铜锡合金镀液的镀铜槽中进行化学镀铜，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.03-0.09μm的铜锡合金镀层；然后进行水洗；
S3：使经过S2步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜镍合金镀液的电镀槽进行电镀，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02-0.08μm的铜镍合金镀层；然后进行水洗；
S4：使经过S3步骤处理的胎圈钢丝经过盛装铜锌合金镀液的电镀槽进行电镀，使胎圈钢丝表面镀上厚度为0.02-0.08μm的铜锌合金镀层；然后进行水洗和干燥处理，获得表面镀有三层多元镀层的胎圈钢丝。
4.根据权利要求3所述的镀层施镀方法，其特征在于，S2步骤的镀铜温度为30-40℃，S3步骤的镀铜温度为45-55℃，S4步骤的镀铜温度为45-55℃。
5.根据权利要求3-4中任一项所述的镀层施镀方法，其特征在于，胎圈钢丝在三种镀液中的行进速度为350-400m/min。
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