CN109487261B - 一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法 - Google Patents

一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法。该方法采用喷砂设备对镁合金表面进行喷砂处理并超声清洗，采用冷喷涂法在经过喷砂处理后的镁合金表面上喷涂涂层材料，冷喷涂的工作气体为压缩空气，压力为0.6MPa～0.8MPa，冷喷涂气体预热温度为400～600℃，送粉距离为10mm，喷嘴相对移动速度为600～2000mm/min，制得冷喷铜基涂层；将冷喷涂层放置在电镀液中，设置电镀的参数，电镀制得铜基/电镀层的复合涂层。该复合涂层微观结构良好，物理特性稳定，冷喷涂层与基材结合强度高且厚度可控，具有优异的耐蚀耐磨性。本发明方法简化了镁合金的电镀工艺，减少了对环境的污染。

Description

一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，更具体地，涉及一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法。
背景技术
镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，其密度仅为1.74g/cm，是铝合金的三分之二，钢的四分之一，被誉为21世纪最有前途的绿色结构材料。除此之外，镁合金还具备多种独特优势：消震性好，弹性模量低至45000MPa，适于作为防震零件，如飞机降落轮、汽车减震装置等；较高的比强度和比刚度；优良的疲劳强度；较好的电磁屏蔽性能；良好的导热导电性；易加工，易回收，可循环利用等等。镁合金的种种优点使得其广泛应用于航空航天、汽车工业、电子通讯、医疗健康等领域。
镁合金材料虽然应用广泛，但其自身存在的缺陷也限制着镁合金的应用，作为结构材料，镁合金较差的耐蚀性是限制其应用发展的主要原因。为了解决由镁合金自身物理和化学性质而带来的抗蚀耐磨性差的问题，提高镁合金使用寿命，拓宽镁合金应用发展领域，对镁合金表面进行改性处理是一种常用的方法，而使用电镀技术对镁合金表面进行处理也是一种常见手段。
但是由于镁合金化学活性较高，电负性较强，导致传统的镁合金电镀工艺在电镀前预处理是非常复杂的，进行电镀预处理是需要镀铜、镀锌、还要用到氰化物，对环境污染非常严重。基于此，本发明提供了一种镁合金表面快速电沉积的方法，它简化了电镀工艺，提高镀层质量，减少环境污染。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法。该方法利用冷喷涂技术的各种优势，优化镁合金表面电镀工艺，提高镀层质量，减少环境污染，为基体提供更好的防护性能。
本发明另一目的在于提供了一种上述方法制备的铜基/电镀层的复合涂层。该涂层具有涂层组织结构良好，性能优异。
本发明再一目的在于提供了上述铜基/电镀层的复合涂层的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法，包括以下具体步骤：
S1.对镁合金表面进行喷砂处理并置于无水乙醇中超声清洗，喷砂处理的工作气体为压缩空气；
S2.采用冷喷涂法在经过喷砂处理后的镁合金表面上喷涂涂层材料，冷喷涂的工作气体为压缩空气，压力为0.6MPa～0.8MPa，冷喷涂气体预热温度为400～600℃，送粉距离为10mm，喷嘴相对移动速度为600～2000mm/min，制得冷喷铜基涂层；
S3.将冷喷铜基涂层放置在电镀液中电镀涂层，设置电镀的参数，电镀制得铜基/电镀层的复合涂层。
优选地，步骤S1中所述压缩空气的压力为0.4～0.6MPa。
优选地，步骤S2中所述冷喷涂材料为Cu-Al2O3。
更为优选地，所述Cu-Al2O3中Cu和Al2O3的质量比为(2～4)：(1～3)。
优选地，步骤S2中所述冷喷铜基的层厚度为100～200μm；步骤S3中所述电镀涂层的厚度为10～50μm。
优选地，步骤S3中所述电镀层为镍钼合金或钴。
优选地，步骤S3中所述电镀涂层为镍钼合金时，电镀液为60～65g/L的NiSO4·6H2O、75～85g/L的Na3C6H5O7·2H2O、5～6g/L的Na2MO4·2H2O、35～45g/L的NiCl2、25～35g/L的H3BO3、1～3g/L的糖精钠、0.1～0.2g/L的十二烷基硫酸钠；所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为18～22％，平均电流密度为5～7A/dm2，温度为25～35℃，电极的极间距为15～25mm，所述电镀的时间为45～60min。
优选地，步骤S3中所述电镀涂层为钴时，电镀液为100～120g/L的CoSO4·6H2O、90～110g/L的Na2SO4、35～45g/L的H3BO3和1～2g/L的糖精钠；所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为15～25％、平均电流密度为4～6A/dm2、温度为35～45℃、电极的极间距为15～25mm，所述电镀的时间为60～80min。
所述的镁合金表面快速电沉积镀层的方法制得的铜基/电镀层的复合涂层。
所述的铜基/电镀层的复合涂层在镁合金表面的耐腐蚀和耐磨领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在镁合金上采用冷喷涂与电镀相结合的电沉积方法，能够更加高效简捷无污染地在镁合金表面进行电镀处理，进而提高其耐蚀耐磨性。由于镁合金的化学活性，导致其不能直接电沉积，本发明在相同镀液相同电镀参数若不经过冷喷涂处理完全无法电沉积，该方法可在镁合金表面制备多样化的“冷喷涂层+电镀层”复合涂层，两者相辅相成，能够为镁合金提供较好的防护效果，且工艺较传统电镀技术更加便捷高效。
2.本发明通过冷喷涂法与电镀法两相结合的方式制备涂层，在电镀前先采用冷喷涂技术在镁合金表面制备一层益于电镀的过渡层，为使电镀工序更加简化从而得到更高质量的镀层，过渡层材料根据所需镀层选择。冷喷涂工艺操作简单、可靠性高，产生的粉尘通过后端过滤设备收纳后可再利用，对环境无污染、对操作人员无损害。
3.本发明由于采用冷喷涂技术制备过渡层，完全取代了传统电镀技术中的预处理环节，极大地简化了电镀工艺，并且能够得到结构良好的电镀层，减少了对环境的污染。
4.本发明所制备的“冷喷涂层+镀层”复合涂层其涂层微观结构良好，物理特性稳定，冷喷涂层与基材结合强度高且厚度可控，具有优异的耐蚀耐磨性，安全性能可靠。
附图说明
图1为实施例1中镁合金表面上制备的铜基/镍钼合金复合涂层截面形貌。
图2为实施例1中镁合金表面上制备的铜基/镍钼合金复合涂层表面形貌。
图3为实施例1中铜基/镍钼合金复合涂层和未经处理前样品在质量分数为3.5％NaCl溶液中的极化曲线。
图4为实施例1中铜基/镍钼合金复合涂层和未经处理前后样品在质量分数为3.5％NaCl溶液中的阻抗谱图。
图5为实施例2中镁合金表面上制备的复合涂层表面形貌。
图6为实施例2中镁合金表面上制备的复合涂层截面形貌。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
由于镁合金化学活性高，在pH为4的酸性镀液中反应剧烈，不能直接电镀，本发明采用快速电沉积方法在镁合金表面上沉积镍钼合金涂层，具体步骤如下：
1.对镁合金表面进行喷砂处理并置于无水乙醇中超声清洗，喷砂处理的工作气体为压缩空气，压力为0.4～0.6MPa；
2.采用冷喷涂法在经过喷砂处理后的镁合金表面上制备冷喷涂层，涂层材料为枝晶状铜粉末和不规则状氧化铝粉末的机械混合粉末，其中氧化铝粉末的质量分数为20％，冷喷涂气体预热温度为600℃，送粉速率为25g/min，送粉距离为10mm，使镁合金表面形成冷喷铜基涂层；
3.将冷喷铜基涂层放置在电镀液(电镀液的成分包括浓度为60g/L的NiSO4·6H2O、浓度为80g/L的Na3C6H5O7·2H2O、浓度为4g/L的Na2MO4·2H2O、浓度为40g/L的NiCl2、浓度为30g/L的H3BO3、浓度为1g/L的糖精钠、浓度为0.1g/L的十二烷基硫酸钠)中，采用电镀法在冷喷铜基涂层上电镀镍钼合金涂层，其电镀参数为：电源脉冲信号的占空比20％、平均电流密度6A/dm2、温度30℃、电极的极间距20mm，电镀时间为45min，即得铜基/镍钼合金复合涂层。
对本实施例的样品截面进行金相显微观察，结果如图1所示，得到微观结构良好，无孔隙，与冷喷铜基涂层结合良好的镍钼合金电镀层；图2为本实施例的样品在金相显微镜下的表面形貌；图3为本实施例的铜基/镍钼合金复合涂层与镁合金基体在质量分数为3.5％的NaCl溶液中的极化曲线。其中，a为镁合金样品，b为制备铜基/镍钼合金复合涂层后样品，由图3可知，样品的自腐蚀电流密度明显低于镁合金基体，说明样品的耐蚀性高于镁合金基体；图4为本实施例的铜基/镍钼合金复合涂层与镁合金基体在质量分数为3.5％的NaCl溶液中的阻抗谱图，由图4也可看出样品耐蚀性能明显高于镁合金基体。
对比例1
不经过冷喷涂处理，直接在镁合金表面电沉积镍钼镀层，其具体步骤如下：
1.对镁合金表面直接采用1000#的砂纸进行研磨后置于无水乙醇中超声清洗；
2.采用电镀法直接在镁合金表面电镀镍钼合金镀层，其参数为：电源脉冲信号的占空比20％、平均电流密度6A/dm2、温度30℃、电极的极间距20mm，电镀时间45min，不能得到镍钼合金涂层。
结果发现，肉眼观察下镁合金直接在镀液里发生剧烈反应，直到电镀结束取出样品，发现其表面出现了严重的腐蚀现象，未发现镍钼合金镀层，该对比例说明镁合金在没有经过冷喷涂处理的情况下不能够直接电沉积镍钼镀层。
实施例2
采用快速电沉积方法在镁合金表面上制备钴镀层，其具体步骤如下：
1.对镁合金表面进行喷砂处理并置于无水乙醇中超声清洗，喷砂处理的工作气体为压缩空气，压力为0.6MPa；
2.采用冷喷涂法在经过喷砂处理后的镁合金表面上制备冷喷涂层，涂层材料为枝晶状铜粉末和不规则状氧化铝粉末的机械混合粉末，其中氧化铝粉末的质量分数为20％，冷喷涂气体预热温度为600℃，，送粉距离为10mm，使镁合金表面形成冷喷铜基涂层；
3.将冷喷铜基涂层置放在电镀液中(浓度为110g/L的CoSO4·6H2O、浓度为100g/L的Na2SO4、浓度为40g/L的H3BO3和浓度为1.5g/L的糖精钠，该镀液pH为3.5)中，采用电镀法在冷喷铜基涂层上电镀钴涂层，其参数为：电源脉冲信号的占空比20％、平均电流密度4A/dm2、温度40℃、电极的极间距20mm，电镀时间60min，即得铜基/钴复合涂层。
图5为本实施例的样品在金相显微镜下的表面形貌；对本实施例的样品截面进行金相显微观察，结果如图6所示，得到微观结构良好，无孔隙，与冷喷铜基涂层结合良好的钴电镀层。
实施例3
与实施例1不同的在于：步骤3中所述电镀液为60g/L的NiSO4·6H2O、75g/L的Na3C6H5O7·2H2O、5g/L的Na2MO4·2H2O、35g/L的NiCl2、25g/L的H3BO3、1g/L的糖精钠、0.1g/L的十二烷基硫酸钠；所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为18％，平均电流密度为5A/dm2，温度为25℃，电极的极间距为15mm。
实施例4
与实施例1不同的在于：步骤3中所述电镀液为65g/L的NiSO4·6H2O、85g/L的Na3C6H5O7·2H2O、6g/L的Na2MO4·2H2O、45g/L的NiCl2、35g/L的H3BO3、3g/L的糖精钠、0.2g/L的十二烷基硫酸钠；所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为22％，平均电流密度为7A/dm2，温度为35℃，电极的极间距为25mm，所述电镀的时间为60min。
实施例5
与实施例2不同的在于：步骤3中所述电镀液为100g/L的CoSO4·6H2O、90g/L的Na2SO4、35g/L的H3BO3和1g/L的糖精钠；所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为15％、平均电流密度为5A/dm2、温度为35℃、电极的极间距为15mm，所述电镀的时间为70min。
实施例6
与实施例2不同的在于：步骤3中所述电镀液为120g/L的CoSO4·6H2O、110g/L的Na2SO4、45g/L的H3BO3和2g/L的糖精钠；所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为25％、平均电流密度为6A/dm2、温度为45℃、电极的极间距为25mm，所述电镀的时间为60～80min。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种镁合金表面快速电沉积镀层的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1.对镁合金表面进行喷砂处理并置于无水乙醇中超声清洗，喷砂处理的工作气体为压缩空气；
S2.采用冷喷涂法在经过喷砂处理后的镁合金表面上喷涂质量比为(2～4)：(1～3)的Cu和Al2O3涂层材料，冷喷涂的工作气体为压缩空气，压力为0.6～0.8MPa，冷喷涂气体预热温度为400～600℃，送粉距离为10mm，喷嘴相对移动速度为600～2000mm/min，制得冷喷铜基涂层；所述冷喷铜基的层厚度为100～200μm；
S3.将冷喷铜基涂层放置在电镀液中电镀钴涂层，电镀液为100～120g/L的CoSO4·6H2O、90～110g/L的Na2SO4、35～45g/L的H3BO3和1～2g/L的糖精钠；设置电镀的参数，所述电镀的参数为：电源脉冲信号的占空比为15～25％、平均电流密度为4～6A/dm2、温度为35～45℃、电极的极间距为15～25mm，所述电镀的时间为60～80min；电镀制得铜基/钴电镀层的复合涂层；所述电镀涂层的厚度为10～50μm。
2.根据权利要求1所述的镁合金表面快速电沉积镀层的方法，其特征在于，步骤S1中所述压缩空气的压力为0.4～0.6MPa。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金表面快速电沉积镀层的方法制得的铜基/电镀层的复合涂层。
4.权利要求3所述的铜基/电镀层的复合涂层在镁合金表面的耐腐蚀和耐磨领域中的应用。
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