CN109161940A - 一种用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于金属表面的稀土‑锌‑镍多元合金防腐抗疲劳电镀液及其制备方法，方法是：将去离子水加热，加入氯化锌，氯化镍，硼酸，氯化铵和KCl，充分搅拌至完全溶解，调节pH，加入苯磺酸钠或炔丙基磺酸钠，苯甲酸钠，充分搅拌，取稀土硝酸盐加入，充分搅拌，制得混合溶液C；取亚苄基丙酮，邻氯苯甲醛，丁炔二醇，磺酸化OP‑10，十二烷基硫酸钠，加入水中，搅拌得混合溶液D；将多乙烯多胺或聚乙烯亚胺加入混合溶液C中，用稀氨水或稀盐酸调节pH，得到混合溶液E；将混合溶液D和混合溶液E混合，加去离子水定容，得到电镀液。优点是：该电镀液的制备方法操作简单，可赋予金属表面更好的防腐性和抗疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液及其制备方法，特别涉及一种用于金属表面材质的铁路扣件的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液及其制备方法。
背景技术
铁路扣件是钢轨与轨枕的连接件，其作用使固定钢轨正确位置，阻止钢轨的纵向和横向位移，防止钢轨倾翻。弹条是扣件系统中最重要的配件之一，它主要是利用弹性变形时所储存的能量起到缓和机械上的震动和冲击作用。我国铁路扣件部件如弹条一般采用弹簧钢制造，其使用过程中必须承受弯曲、扭转等交变应力，因此对于弹条耐磨性以及抗疲劳性具有很高的要求，而材料的疲劳性能与其表面状态有密切相关。采用对工件表面渗碳或碳氮共渗等化学热处理可以调高工件抗疲劳性，但是需要进行热处理，经高温后会改变金属表面的性能，不适合铁路扣件使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液及其制备方法，该电镀液的制备方法操作简单，节能环保、清洁生产，可以用于金属表面电镀，可赋予金属表面更好的防腐性和抗疲劳性能，且镀层具有外层光亮、平整、无裂纹、孔隙率极低的特点，具有结合力强，防腐性能好，综合机械性能好的特点。
本发明的技术解决方案是：
一种用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液，其组成如下：
氯化镍 80-150g/L；
氯化锌 50-100g/L；
氯化铵 10-50g/L；
KCl 150-200g/L；
硼酸 30-50g/L；
稀土硝酸盐 0.002-1g/L；
亚苄基丙酮 0.1-0.3g/L；
邻氯苯甲醛 0.05-0.5g/L；
苯甲酸钠 0.5-3g/L；
苯磺酸钠或炔丙基磺酸钠 0.5-2g/L；
丁炔二醇 0.05-1g/L；
磺酸化OP-10 4-10mL/L；
十二烷基硫酸钠 0.01-0.1g/L；
多乙烯多胺或聚乙烯亚胺 1-5g/L；
加去离子水定容。
一种用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳金属表面电镀液的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将500mL去离子水加热至50℃，加入50-100g氯化锌，80-150g氯化镍，30-50g硼酸，氯化铵10-50g和150-200g KCl，充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液A；
(2)将混合溶液A用稀氨水或稀盐酸调节pH至3-5，加入苯磺酸钠或炔丙基磺酸钠0.5-2g，苯甲酸钠0.5-3g，充分搅拌，制得混合溶液B；
(3)取0.002-1g稀土硝酸盐加入步骤(2)配制的混合溶液B中，充分搅拌，制得混合溶液C；
(4)取亚苄基丙酮0.1-0.3g，邻氯苯甲醛0.05-0.5g，0.05-1g丁炔二醇，4-10mL磺酸化OP-10，0.01-0.1g十二烷基硫酸钠，加入100mL温度为58-62℃的水中，充分搅拌至完全溶解，制得混合溶液D；
(5)将1-5g多乙烯多胺或聚乙烯亚胺加入混合溶液C中，用稀氨水或稀盐酸调节pH至4.5-5.5，得到混合溶液E；
(6)将混合溶液D和混合溶液E混合均匀，加去离子水定容至1L，并充分搅拌，得到稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液。
进一步的，稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液用于金属表面工件的电镀工艺，其具体步骤是：
(1)将稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液导入电镀槽中，阳极用纯锌极和纯镍板各一块，将电镀液加热至25-30℃；
(2)先将金属表面施度工件进行预处理后，作为阴极，放入电镀槽中，在电流密度2mA/cm2下，进行施镀，施镀时，电流效率为95％，施镀时间为30min，电镀完成后，用水冲洗，吹干，在金属表面工件上形成稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层。
进一步的，稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层的硬度为HV300-HV600，镍在镀层中的质量含量为8％-13％，稀土0.01％-1％，其余为锌。
进一步的，所述稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层的硬度为HV350-HV450。
进一步的，所述稀氨水的质量浓度为10％，所述稀盐酸的质量浓度为10％。
本发明的有益效果：
本发明中电镀液制备在镀液中同时加入了丁炔二醇、含-NH2有机物和硝酸铈，丁炔二醇可以消除合金镀层内应力，含-NH2有机物与锌和镍形成多元表面活性络合物，细化晶粒结构，硝酸铈添加剂降低沉积内应力，提高耐腐蚀性，镀液中不含有毒盐类和极难降解的添加剂，节能环保，清洁生产，且制备方法操作简单，电流效率高，用该镀液施镀得到的镀层外观平整、光亮、无裂纹、孔隙率极低，镀态硬度HV350-HV450，镀层与基材的结合力好，耐中性盐雾腐蚀试验300h无锈蚀、400h白锈、1000h红锈，疲劳寿命大于500万次，可广泛用于铁路扣件的表面处理。
具体实施方式
实施例1
称取原料：
氯化镍 120g；
氯化锌 65g；
氯化铵 30g；
KCl 180g；
硼酸 30g；
硝酸铈 0.002-1g；
亚苄基丙酮 0.2g；
邻氯苯甲醛 0.2g；
苯甲酸钠 2g；
苯磺酸钠 1g；
丁炔二醇 0.1g；
磺酸化OP-10 6mL；
十二烷基硫酸钠 0.05g；
多乙烯多胺 2g；
其具体步骤如下：
(1)将500mL去离子水加热至50℃，加入氯化锌，氯化镍，硼酸，氯化铵和KCl，充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液A；
(2)将混合溶液A用10wt％稀氨水或10wt％稀盐酸调节pH至4，加入苯磺酸钠，苯甲酸钠，充分搅拌，制得混合溶液B；
(3)取硝酸铈加入步骤(2)配制的混合溶液B中，充分搅拌，制得混合溶液C；
(4)取亚苄基丙酮，邻氯苯甲醛，丁炔二醇，磺酸化OP-10，十二烷基硫酸钠，加入100mL温度为58-62℃的水中，充分搅拌至完全溶解，制得混合溶液D；
(5)将多乙烯多胺加入混合溶液C中，用10wt％稀氨水或10wt％稀盐酸调节pH至5，得到混合溶液E；
(6)将混合溶液D和混合溶液E混合均匀，加去离子水定容至1L，并充分搅拌，得到稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液。
施镀方法：
(1)弹簧钢施镀工件预处理过程如下：碱洗除油→水洗→酸洗除锈→水洗→超生水洗→活化→去离子水清洗；
(2)将电镀液导入2L电镀槽中，阳极用纯锌极和纯镍板各一块，将电镀液加热至25-30℃；
(3)施镀工件做阴极，放入电镀槽中，在电流密度2mA/cm2下，进行施镀，施镀时间为30min，电镀完成后，用水冲洗，吹干，在弹簧钢工件上形成稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层，施度时，电流效率为95％。
采用上述施镀方法，用实施例3的电镀液进行电镀，电镀液加热温度为28℃，检测结果为：
a.用分光光度法和化学分析进行分析镀层各元素质量分数：Zn 88.6wt％，Ni10.5wt％；B 0.5wt％，余量为铈元素。
b.由显微硬度仪测量镀层的表面硬度为HV350。
c.镀层与基材的结合力：经国际划线法和对折测试镀层与基材结合无脱皮现象；
d.用疲劳试验机测量镀层的疲劳寿命大于500万次；
e.耐腐蚀性：中性盐雾试验，300h无锈蚀，400h白锈，1000h红锈。
实施例2
称取原料：
氯化镍 80g；
氯化锌 100g；
氯化铵 10g；
KCl 200g；
硼酸 30g；
硝酸铈 1g；
亚苄基丙酮 0.1g；
邻氯苯甲醛 0.5g；
苯甲酸钠 0.5g；
苯磺酸钠 2g；
丁炔二醇 0.05g；
磺酸化OP-10 10mL；
十二烷基硫酸钠 0.01g；
多乙烯多胺 5g；
其具体步骤如下：
(1)将500mL去离子水加热至50℃，加入氯化锌，氯化镍，硼酸，氯化铵和KCl，充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液A；
(2)将混合溶液A用10wt％稀氨水或10wt％稀盐酸调节pH至3，加入苯磺酸钠，苯甲酸钠，充分搅拌，制得混合溶液B；
(3)取硝酸铈加入步骤(2)配制的混合溶液B中，充分搅拌，制得混合溶液C；
(4)取亚苄基丙酮，邻氯苯甲醛，丁炔二醇，磺酸化OP-10，十二烷基硫酸钠，加入100mL温度为58-62℃的水中，充分搅拌至完全溶解，制得混合溶液D；
(5)将多乙烯多胺加入混合溶液C中，用10wt％稀氨水或10wt％稀盐酸调节pH至4.5，得到混合溶液E；
(6)将混合溶液D和混合溶液E混合均匀，加去离子水定容至1L，并充分搅拌，得到稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液。由显微硬度仪测量镀层的表面硬度为HV400，用疲劳试验机测量镀层的疲劳寿命大于500万次。
实施例3
称取原料：
氯化镍 150g；
氯化锌 50g；
氯化铵 50g；
KCl 150g；
硼酸 50g；
硝酸铈 0.002g；
亚苄基丙酮 0.3g；
邻氯苯甲醛 0.05g；
苯甲酸钠 3g；
炔丙基磺酸钠 0.5g；
丁炔二醇 1g；
磺酸化OP-10 4mL；
十二烷基硫酸钠 0.1g；
聚乙烯亚胺 1g；
其具体步骤如下：
(1)将500mL去离子水加热至50℃，加入氯化锌，氯化镍，硼酸，氯化铵和KCl，充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液A；
(2)将混合溶液A用10wt％稀氨水或10wt％稀盐酸调节pH至5，加入炔丙基磺酸钠，苯甲酸钠，充分搅拌，制得混合溶液B；
(3)取硝酸铈加入步骤(2)配制的混合溶液B中，充分搅拌，制得混合溶液C；
(4)取亚苄基丙酮，邻氯苯甲醛，丁炔二醇，磺酸化OP-10，十二烷基硫酸钠，加入100mL温度为58-62℃的水中，充分搅拌至完全溶解，制得混合溶液D；
(5)将聚乙烯亚胺加入混合溶液C中，用10wt％稀氨水或10wt％稀盐酸调节pH至5.5，得到混合溶液E；
(6)将混合溶液D和混合溶液E混合均匀，加去离子水定容至1L，并充分搅拌，得到稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液。由显微硬度仪测量镀层的表面硬度为HV380，用疲劳试验机测量镀层的疲劳寿命大于500万次。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液，其特征是:
组成如下：
氯化镍 80-150g/L；
氯化锌 50-100g/L；
氯化铵 10-50g/L；
KCl 150-200g/L；
硼酸 30-50g/L；
稀土硝酸盐 0.002-1g/L；
亚苄基丙酮 0.1-0.3g/L；
邻氯苯甲醛 0.05-0.5g/L；
苯甲酸钠 0.5-3g/L；
苯磺酸钠或炔丙基磺酸钠 0.5-2g/L；
丁炔二醇 0.05-1g/L；
磺酸化OP-10 4-10mL/L；
十二烷基硫酸钠 0.01-0.1g/L；
多乙烯多胺或聚乙烯亚胺 1-5g/L；
加去离子水定容。
2.一种如权利要求1所述的用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳金属表面电镀液的制备方法，其特征是：
具体步骤如下：
(1)将500mL去离子水加热至50℃，加入50-100g氯化锌，80-150g氯化镍，30-50g硼酸，氯化铵10-50g和150-200g KCl，充分搅拌至完全溶解，得到混合溶液A；
(2)将混合溶液A用稀氨水或稀盐酸调节pH至3-5，加入苯磺酸钠或炔丙基磺酸钠0.5-2g，苯甲酸钠0.5-3g，充分搅拌，制得混合溶液B；
(3)取0.002-1g稀土硝酸盐加入步骤(2)配制的混合溶液B中，充分搅拌，制得混合溶液C；
(4)取亚苄基丙酮0.1-0.3g，邻氯苯甲醛0.05-0.5g，0.05-1g丁炔二醇，4-10mL磺酸化OP-10，0.01-0.1g十二烷基硫酸钠，加入100mL温度为58-62℃的水中，充分搅拌至完全溶解，制得混合溶液D；
(5)将1-5g多乙烯多胺或聚乙烯亚胺加入混合溶液C中，用稀氨水或稀盐酸调节pH至4.5-5.5，得到混合溶液E；
(6)将混合溶液D和混合溶液E混合均匀，加去离子水定容至1L，并充分搅拌，得到稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液。
3.根据权利要求2所述的用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳金属表面电镀液的制备方法，其特征是：所述稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液用于金属表面工件的电镀工艺，其具体步骤是：
(1)将稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳电镀液导入电镀槽中，阳极用纯锌极和纯镍板各一块，将电镀液加热至25-30℃；
(2)先将金属表面施度工件进行预处理后，作为阴极，放入电镀槽中，在电流密度2mA/cm2下，进行施镀，施镀时，电流效率为95％，施镀时间为30min，电镀完成后，用水冲洗，吹干，在金属表面工件上形成稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层。
4.根据权利要求3所述的用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳金属表面电镀液的制备方法，其特征是：所述稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层的硬度为HV300-HV600，镍在镀层中的质量含量为8％-13％，稀土0.01％-1％，其余为锌。
5.根据权利要求3所述的用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳金属表面电镀液的制备方法，其特征是：所述稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳镀层的硬度为HV350-HV450。
6.根据权利要求2所述的用于金属表面的稀土-锌-镍多元合金防腐抗疲劳金属表面电镀液的制备方法，其特征是：所述稀氨水的质量浓度为10％，所述稀盐酸的质量浓度为10％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190108 |