CN109797383A - 铝合金发动机缸体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供铝合金发动机缸体及其制备方法，该铝合金发动机缸体包括铝合金基体，在铝合金基体上设置有复合镀层，所述复合镀层包括铝合金基体表面的沉锌层，沉锌层上还通过电镀覆有Ni‑Co‑SiC镀层。上述复合镀层通过预处理、二次沉锌和电镀Ni‑Co‑SiC镀层制成。制得的铝合金发动机缸体与现有的铝合金发动机缸体相比，Ni‑Co‑SiC镀层与铝合金基体的结合附着力更强，Ni‑Co‑SiC镀层与现有的Ni‑SiC镀层相比，其强度、硬度、耐蚀性和塑性性能有显著提高，增加了铝合金发动机缸体的使用寿命。

Description

铝合金发动机缸体及其制备方法

技术领域

本发明涉及电镀领域，具体地，涉及一种应用于铝合金发动机缸体的电镀层及其制备方法。

背景技术

近几年来随着我国摩托车工业的发展，摩托车发动机在功率、扭矩、转速、排放、噪声、寿命及油耗等各方面的要求不断提高，因而发动机零部件的工作条件也日趋恶劣，其零部件的材料、结构和表面质量的要求也随之提高。

作为发动机关键件也是易损件之一的缸体，因高功率、大扭矩和高的排放标准等因素，缸体的工作温度升高，且因燃烧产物的增加而加剧腐蚀；同时缸体还有磨损及其他损伤，而缸体内壁的严重磨损会使发动机工况恶化、功率下降和油耗上升。因此缸体的材料、结构等对发动机的性能影响相当大。

目前，为了提高缸体的耐高温、耐腐蚀、耐磨等性能，在铝合金制备的缸体上做表面处理，现有的表面处理工艺有：Ni-SiC复合电镀、镀硬铬、微弧氧化处理、热喷涂等。但是，现有的表面处理工艺依旧无法大幅提高缸体的耐高温、耐腐蚀、耐磨等性能。

发明内容

为了解决现有技术中，铝合金缸体在恶劣工作条件下耐腐蚀、耐磨性能差的问题，本发明提供一种铝合金发动机缸体及其制备方法，以解决现有铝合金缸体耐腐蚀和耐磨性能较差的问题。

本发明提供的铝合金发动机缸体，包括铝合金基体，在所述铝合金基体上设置有复合镀层，所述复合镀层包括铝合金基体表面的沉锌层，所述沉锌层上还通过电镀覆有Ni-Co-SiC镀层。

优选的，所述Ni-Co-SiC镀层包括镍钴合金，SiC分布在镍钴合金内。

优选的，所述SiC的粒径为2-6μm。

同时，本发明还提供铝合金发动机缸体制备方法，用于制备如上述的铝合金发动机缸体，该铝合金发动机缸体制备方法包括如下步骤：

第一步、预处理所述铝合金基体，去除所述铝合金基体表面的油脂、氧化膜、硅杂质和黑膜；

第二步、通过二次沉锌在所述铝合金基体上设置沉锌层；

第三步、在所述铝合金基体上电镀镍钴合金，在电镀液内添加SiC，所述SiC掺杂在电镀后形成的镍钴合金内。其中，上述SiC可以是带有电荷的颗粒，通过电荷吸附在镀锌层上，在镀锌层吸附SiC的同时，镀锌层上通过电镀析出镍和钴。

优选的，所述预处理包括如下步骤：

S101、除油脱脂：利用碱性除油粉除去所述铝合金基体表面的油污；所述碱性除油粉包括碳酸钠30g/L、偏硅酸钠20g/L和表面活性剂5g/L，所述除油脱脂的处理温度为45至65℃，处理时间3至7min；

S102、碱蚀：通过碱蚀液去除铝合金基体的表面氧化膜，使基体表面金属彻底暴露出来；

所述碱蚀液包括氢氧化钠50g/L，所述碱蚀的处理温度为常温15-25℃，处理时间为1至2min；

S103、除硅杂质：通过除垢盐除去铝合金表面硅杂质，使前处理及电镀过程更加彻底；所述除垢盐包括双氧水100g/L、除垢盐60g/L、表面活性剂6g/L；所述除硅杂质的处理温度为15-25℃，处理时间为1至2min；

S104、剥黑膜：通过微蚀盐去掉金属表面黑膜，除去金属表面杂质；主要微蚀盐包括硫酸30g/L、表面活性剂10g/L；所述剥黑膜的处理温度为15-25℃，处理时间为1.5至3.5min。

优选的，所述二次沉锌包括第一次沉锌、剥黑膜和第二次沉锌，所述第一次沉锌、剥黑膜和第二次沉锌依次进行，所述第一次沉锌和第二次沉锌所用的沉锌液包括：氧化锌16g/L、氢氧化钠120g/L、酒石酸钾钠20g/L、硫酸铜0.5g/L、硫酸镍3g/L、氯化铁0.8g/L、HEDP4g/L；所述第一次沉锌和第二次沉锌的处理温度为15-25℃，处理时间为1至2min。

优选的，所述第三步中，所述电镀液包括氨基磺酸镍300g/L、氨基磺酸钴15g/L、次磷酸钠1g/L、聚乙烯亚胺2g/L、硼酸40g/L和碳化硅40g/L。

再优选的，所述电镀液的pH值为3.5，电镀液的温度为40至50℃，电镀液循环速率为30HZ-70HZ。

本发明提供的铝合金发动机缸体及其制备方法与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明提供的铝合金发动机缸体，在铝合金基体上电镀有沉锌层和Ni-Co-SiC镀层，所述沉锌层的设置，能够增强Ni-Co-SiC镀层与铝合金基体之间的结合附着力。

所述沉锌层上镀有Ni-Co-SiC镀层，与现有技术中Ni-SiC镀层相比，镀层中添加有Co元素，能够增强铝合金发动机缸体的强度、硬度和耐蚀性。同时，添加有Co元素后，生成的镀层包含镍钴合金成分，镍钴合金与SiC的力学性能更接近，镍钴合金与SiC之间结合力更强，在高温、受力或其它恶劣环境下，SiC不会与镍钴合金脱离。

通过上述铝合金发动机缸体制备方法制备铝合金发动机缸体，通过预处理清理铝合金基体的表面，去除铝合金基体的各种杂质，能够增加镀锌层与铝合金基体的结合力。在所述铝合金基体上设置有镀锌层，该镀锌层是通过二次沉锌获得的，通过二次沉锌，镀锌层与铝合金基体结合力强，镀锌层结构致密。

在镀锌层上设置Ni-Co-SiC镀层，该电镀过程中用到的电镀液包括氨基磺酸镍、氨基磺酸钴、次磷酸钠、聚乙烯亚胺、硼酸和碳化硅，电镀液中存在氨基磺酸根离子等成分，经实际试验证明，与添加硫酸镍相比，获得的镀层晶体结构更细密紧致，获得的镀层塑性更高。

上述电镀液中还可以添加OP-10和CTAB，其中OP-10为一种化工原料，成分是聚氧乙烯辛基苯酚醚-10，具有优良的匀染、乳化、防蜡、缓蚀、润湿、扩散，抗静电性等特性；上述CTAB为十六烷基三甲基溴化铵；OP-10和CTAB作为表面活性剂，能够充分吸附在SiC表面，使SiC均匀分散在电镀液中，同时，上述电镀液中OP-10，能够减少析氢反应，避免镀层出现针孔。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是基于本发明实施例2中铝合金发动机缸体制备方法流程结构示意图。

图2是基于本发明实施例2中预处理的流程结构示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

实施例1

本实施例提供一种本发明提供的铝合金发动机缸体，包括铝合金基体，在所述铝合金基体上设置有复合镀层，所述复合镀层包括铝合金基体表面的沉锌层，所述沉锌层上还通过电镀覆有Ni-Co-SiC镀层。

进一步的，上述Ni-Co-SiC镀层包括镍钴合金，SiC分布在镍钴合金内。上述SiC和镍钴合金组成Ni-Co-SiC镀层，该Ni-Co-SiC镀层用于增强铝合金发动机缸体的强度、硬度、耐蚀性和塑性性能。

进一步的，所述SiC的粒径为2-6μm。上述粒径的SiC，在增强铝合金发动机缸体的强度、硬度和耐蚀性性能上效果最后；其中，本实施例中，SiC的粒径为2μm。

实施例2

本实施例提供铝合金发动机缸体制备方法，用于制备如上实施例1中的铝合金发动机缸体，该铝合金发动机缸体制备方法需用到用于制备Ni-Co-SiC镀层的电镀液，该电镀液包括氨基磺酸镍300g/L、氨基磺酸钴15g/L、次磷酸钠1g/L、聚乙烯亚胺2g/L、硼酸40g/L和碳化硅40g/L；该电镀液的pH值为3.5。

图1是铝合金发动机缸体制备方法流程结构示意图，如图1所示，该铝合金发动机缸体制备方法包括如下步骤：

S100、预处理所述铝合金基体，去除所述铝合金基体表面的油脂、氧化膜、硅杂质和黑膜；

S200、通过二次沉锌在所述铝合金基体上设置沉锌层；

S300、根据上述电镀液，在所述铝合金基体上电镀Ni-Co-SiC镀层，Ni-Co-SiC镀层中包括镍钴合金和掺杂在镍钴合金中的SiC。

上述电镀处理中，电镀液的温度为40至50℃，电镀液循环速率为30HZ-70HZ。

图2是预处理的流程结构示意图，如图2所示，上述预处理包括如下步骤：

S101、除油脱脂：利用碱性除油粉除去所述铝合金基体表面的油污。所述碱性除油粉包括碳酸钠30g/L、偏硅酸钠20g/L和表面活性剂5g/L，所述除油脱脂的处理温度为45至65℃，处理时间3至7min；本实施例中，处理温度为55℃，处理时间5min。

S102、碱蚀：通过碱蚀液去除铝合金基体的表面氧化膜，使基体表面金属彻底暴露出来。所述碱蚀液包括氢氧化钠50g/L，所述碱蚀的处理温度为常温15-25℃，处理时间为1至2min；本实施例中，处理温度为常温，处理时间为1.5min。

S103、除硅杂质：通过除垢盐除去铝合金表面硅杂质，使前处理及电镀过程更加彻底。所述除垢盐包括双氧水100g/L、除垢盐60g/L、表面活性剂6g/L；所述除硅杂质的处理温度为15-25℃，处理时间为1至2min；本实施例中，处理温度为常温，处理时间为1.5min。

S104、剥黑膜：通过微蚀盐去掉金属表面黑膜，除去金属表面杂质。主要微蚀盐包括硫酸30g/L、表面活性剂10g/L；所述剥黑膜的处理温度为15-25℃，处理时间为1.5至3.5min；本实施例中，处理温度为常温，处理时间为2.5min。

其中，上述的二次沉锌包括第一次沉锌、剥黑膜和第二次沉锌，所述第一次沉锌、剥黑膜和第二次沉锌依次进行，所述剥黑膜可以使用如上述预处理过程中使用的剥黑膜工艺；所述第一次沉锌和第二次沉锌所用的沉锌液包括：氧化锌16g/L、氢氧化钠120g/L、酒石酸钾钠20g/L、硫酸铜0.5g/L、硫酸镍3g/L、氯化铁0.8g/L、HEDP4g/L；该处的HEDP指的是羟基乙叉二膦酸。所述第一次沉锌和第二次沉锌的处理温度为15-25℃，处理时间为1至2min。本实施例中，第一次沉锌和第二次沉锌的处理温度为常温，处理时间为1.5min。

本实施例提供的铝合金发动机缸体及其制备方法，通过氨基磺酸镍、氨基磺酸钴、次磷酸钠、聚乙烯亚胺、硼酸、OP-10、CTAB、和碳化硅制备电镀液，通过该电镀液获得的Ni-Co-SiC镀层，氨基磺酸镍和氨基磺酸钴不但提供镍离子和钴离子，还提供氨基磺酸根；上述氨基磺酸根离子、次磷酸钠、聚乙烯亚胺和硼酸的设置，与常规领域中添加硫酸镍、硫酸钴相比，获得的镀层晶体结构更细密紧致，获得的镀层塑性更高；同时，该镀层中添加有钴元素，Ni-Co-SiC镀层的硬度比镍碳化硅镀层的硬度高。表格1提供了Ni-SiC镀层与Ni-Co-SiC镀层性能测试对比表格，该表格1中的Ni-Co-SiC镀层是根据本实施例2提供的铝合金发动机缸体制备方法制备的棒状试验试样，根据表格1可知，根据本实施例2提供的铝合金发动机缸体制备方法制备的棒状试验试样，与现有技术相比，其塑性和硬度有显著提高。

表格1

电镀液中的OP-10和CTAB能够使SiC在电镀液中充分湿润并均匀分散在电镀液中，防止SiC在电镀液中发生团聚。同时，通过上述电镀液制备的Ni-Co-SiC镀层，电镀液中氨基磺酸根离子、次磷酸钠、聚乙烯亚胺等成分与SiC的化学性质相近，SiC能够在电镀液中充分湿润，SiC在电镀液中分散均匀，无团聚，且在该电镀液中移动阻力适中，得到的Ni-Co-SiC镀层致密均匀。上述铝合金发动机缸体上设置Ni-Co-SiC镀层，Ni-Co-SiC镀层与传统的Ni-SiC镀层相比，其耐磨性能和塑性性能显著提高，增加了铝合金发动机缸体的使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种铝合金发动机缸体，其特征在于，包括铝合金基体，在所述铝合金基体上设置有复合镀层，所述复合镀层包括铝合金基体表面的沉锌层，所述沉锌层上还通过电镀覆有Ni-Co-SiC镀层。

2.如权利要求1所述的一种铝合金发动机缸体，其特征在于，所述Ni-Co-SiC镀层包括镍钴合金，SiC分布在镍钴合金内。

3.如权利要求1所述的一种铝合金发动机缸体，其特征在于，所述SiC的粒径为2-6μm。

4.一种铝合金发动机缸体制备方法，用于制备如权利要求1至3任意一项所述的铝合金发动机缸体，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、预处理所述铝合金基体，去除所述铝合金基体表面的油脂、氧化膜、硅杂质和黑膜；

第二步、通过二次沉锌在所述铝合金基体上设置沉锌层；

第三步、在所述铝合金基体上电镀镍钴合金，在电镀液内添加SiC，所述SiC掺杂在电镀后形成的镍钴合金内。

5.如权利要求4所述的铝合金发动机缸体制备方法，其特征在于，所述预处理包括如下步骤：

S101、除油脱脂：利用碱性除油粉除去所述铝合金基体表面的油污；所述碱性除油粉包括碳酸钠30g/L、偏硅酸钠20g/L和表面活性剂5g/L，所述除油脱脂的处理温度为45至65℃，处理时间3至7min；

S102、碱蚀：通过碱蚀液去除铝合金基体的表面氧化膜，使基体表面金属彻底暴露出来；所述碱蚀液包括氢氧化钠50g/L，所述碱蚀的处理温度为常温15-25℃，处理时间为1至2min；

S103、除硅杂质：通过除垢盐除去铝合金表面硅杂质，使前处理及电镀过程更加彻底；所述除垢盐包括双氧水100g/L、除垢盐60g/L、表面活性剂6g/L；所述除硅杂质的处理温度为15-25℃，处理时间为1至2min；

S104、剥黑膜：通过微蚀盐去掉金属表面黑膜，除去金属表面杂质；所述微蚀盐包括硫酸30g/L、表面活性剂10g/L；所述剥黑膜的处理温度为15-25℃，处理时间为1.5至3.5min。

6.如权利要求4所述的铝合金发动机缸体制备方法，其特征在于，

所述二次沉锌包括第一次沉锌、剥黑膜和第二次沉锌，所述第一次沉锌、剥黑膜和第二次沉锌依次进行，所述第一次沉锌和第二次沉锌所用的沉锌液包括：氧化锌16g/L、氢氧化钠120g/L、酒石酸钾钠20g/L、硫酸铜0.5g/L、硫酸镍3g/L、氯化铁0.8g/L、HEDP4g/L；所述第一次沉锌和第二次沉锌的处理温度为15-25℃，处理时间为1至2min。

7.如权利要求4所述的铝合金发动机缸体制备方法，其特征在于，

在所述第三步中，所述电镀液包括氨基磺酸镍300g/L、氨基磺酸钴15g/L、次磷酸钠1g/L、聚乙烯亚胺2g/L、硼酸40g/L和碳化硅40g/L。

8.如权利要求7所述的铝合金发动机缸体制备方法，其特征在于，所述电镀液的pH值为3.5，电镀液的温度为40至50℃，电镀液循环速率为30HZ-70HZ。