CN112522746B - 一种大长径比管内壁电镀三价厚铬镀层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大长径比管内壁电镀三价厚铬镀层的方法。在管件内壁预镀镍或镍合金打底层降低铬的沉积过电位，管内通入流速为2～8升/min连续流动的三价铬电镀液，以装夹在管内的镀银铌丝或表面涂覆氧化铱的钛丝为电镀阳极、管件为阴极，电镀电流密度为15～40A/dm2，温度控制在40‑60℃，电镀时间40～90min。镀液主要成分为：硫酸铬90～180g/L，草酸35～75g/L，硼酸铵30～35g/L，硼酸10～20g/L，硫酸铝15～35g/L，硫酸钠100～140g/L，氟化钠5～10g/L，十六烷基三甲基溴化铵0.05～0.1g/L。本发明尤其适用于大长径比管内壁制备均匀无锥度差的环保型三价厚铬抗烧蚀镀层，也可以用于石油钻管内壁等需要耐磨的管件。

Description

一种大长径比管内壁电镀三价厚铬镀层的方法
技术领域
本发明属于电镀领域，涉及一种大长径比管内壁电镀三价厚铬镀层的方法，尤其适用于大长径比管内壁制备耐磨、耐烧蚀性环保型三价厚铬镀层。
背景技术
在机械、化工以及国防科技工业中，有大量的管状工件需要进行表面处理，然而其内表面的功能化涂层问题一直是表面工程领域的一个技术难题。深管作为典型大长径比合金钢质管状零件，其不仅要承受高温高压火药气体的烧蚀作用，还要承受高速运动弹丸的机械磨损作用。为提高深管的寿命，目前国内外普遍采用的方法是对深管内膛表面进行特殊表面处理。由于深管孔径小、孔深长、加工空间小的特点，电镀铬技术是目前国内外各国内膛表面处理的技术主流。铬熔点高达到1860℃，具有耐热、耐磨性能良好等特点，在腐蚀性气体中具有较高的化学稳定性，可以有效保护底层基体，采用内膛镀铬可以将深管寿命提高1-5倍。内膛镀铬处理虽可明显提高深管寿命，但由于铬酸浓度高、含六价铬废水和废气，严重污染环境和危害人体健康，是被列为淘汰的高污染工艺。且镀铬层尺寸较难控制，往往需多次补镀或/和擦膛，工艺费用较高。随着人们对绿色发展理念的重视，寻求一种替代传统六价铬镀铬工艺成为人们的迫切需求。
三价铬只有六价铬毒性的百分之一，因此相对而言三价铬被认为是环保型的电镀工艺。目前国内的三价铬电镀普遍用于装饰，最核心的问题就是三价格难以镀厚，原因是电沉积过程中阴极反应界面pH值会升高并发生羟桥化反应形成三价铬的聚合物，从而影响了镀层的生长，制约了三价铬镀铬工艺电镀功能性镀层的应用。因此本发明提出一种适用于管件内壁制备三价厚铬层的方法，通过该方法可以在管内制备镀层均匀无锥度差的三价铬厚铬层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合金钢管件内壁均匀电镀三价铬厚铬镀层的方法，以解决目前深管等合金钢管件内壁电镀六价铬镀铬存在的高污染问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种合金钢管件内壁电镀三价厚铬镀层的方法，其特征在于，在管件内壁预镀镍合金打底层，管内通入连续流动的三价铬电镀液，以装夹在管内的镀银铌丝或表面涂覆氧化铱的钛丝为电镀阳极、管件为阴极，电镀电流密度为15～40A/dm2，电镀时间40～90min。
进一步地，电镀三价铬采用的镀液主要成分为：硫酸铬90～180g/L；草酸35～75g/L；硼酸铵30～35g/L；硼酸10～20g/L；硫酸铝15～35g/L；硫酸钠100～140g/L；氟化钠5～10g/L；十六烷基三甲基溴化铵0.05～0.1g/L。
进一步地，在管件内壁预镀镍合金降低铬的沉积过电位，所述镍合金打底层为采用化学镀或电镀方式预镀Ni、Ni-P、Ni-Co、Ni-Co-P合金镀层中的一种，镍合金打底层厚度为10～20μm。
进一步地，管内通入连续流动的三价铬电镀液流速为2～8升/min，保持镀液流动加速阴极表面区域的物质交换，防止管件表面pH值升高从而抑制铬的羟联聚合物和氢氧化铬的生成，实现三价铬持续增厚。
下面对本发明的技术方案进行说明：
制约三价铬应用的一大因素是由于其不能持续增厚，要在管内沉积并获得均匀的三价铬厚铬层更为困难。为了在管内实现镀层均匀增厚：(1)在镀液方面，采用硼酸铵和硼酸组合作为镀液的缓冲剂，相比于单一硼酸缓冲剂，铵根离子呈弱酸性，硼酸根离子呈弱碱性，故硼酸铵的加入可以起双向缓冲的作用，进一步稳定镀液pH。(2)采用流镀装置可以使管内镀液处于循环状态，防止管件内电沉积反应区域镀液pH急剧升高，超过缓冲剂的极限，影响镀层增厚。(3)铬在镍上的沉积电位低于在铁上的沉积电位，故采用预镀镍方式，降低铬的沉积过电位，使铬更易沉积获得均匀的镀层。(4)对于大长径比的管件内要获得均匀的镀层，电流密度的均匀分布必不可少，本方案采用优良导电性的镀铂铌丝作为阳极且与管内孔保持对中，可使管内轴向与径向均保持电流密度均匀分布。
附图说明
图1为本发明的流镀装置原理示意图
1——镀液槽 2——管件
3——丝状阳极 4——整流器
图2为实施例管件截面形貌
5——镍镀层 6——铬镀层
具体实施方式
以下结合实例与，对本发明进一步描述，但本发明的保护范围不限于下述实施例。即以本发明公开的内容所作的简单的等效变化与修饰，均应属本发明专利保护的范围之内。
采用本发明方法在长径比约为78的深管中流镀制备镍/铬复合镀层，具体实施步骤如下：
(1)溶液配置，配置所需活化液、镀镍液及三价铬镀铬液。
(2)制定实验参数，制定实验参数，实验所用大长径比深管内表面积约1dm2，镀镍和镀铬电镀的电流密度分别为2A/dm2、30A/dm2，对应电流分别为2A、30A，电镀时间分别为20min、60min；水洗时间2min、活化时间1min，溶液流速5L/min。
(3)前处理，将深管经除油、酸洗等前处理过程出去表面油污及氧化皮。
(4)程序设定，按照水洗-镀镍活化-水洗-镀镍-水洗-镀铬活化-水洗-镀铬-水洗的工艺流程设定实验参数，具体如表1所示。
表1程序设定参数
Figure BDA0002793727680000031
(5)装夹，将前处理好的深管装夹于流镀装置的挂具上，并启动设定程序。
(6)程序执行完成后，电镀结束，取下深管。
镀层均匀有光泽，显微硬度计测其截面硬度为750HV，镀镍层厚度为10μm、镀铬层厚度为20μm，镀层一次成型且无锥度，结合力优良，如图2所示。故利用本发明方法，能够在大长径比深管内制备结合力可靠，表面硬度高，内部具有硬度梯度，且厚度均匀的镍/铬复合镀层。

Claims (1)

1.一种长径比为78的合金钢深管内壁电镀三价厚铬镀层的方法，其特征在于，在管件内壁预镀镍打底层再流镀铬，流镀铬时管内通入连续流动的三价铬电镀液，以装夹在管内的镀银铌丝或表面涂覆氧化铱的钛丝为电镀阳极、管件为阴极，电镀电流密度为15～40A/dm2 ，电镀时间40～90min；
所述的电镀三价厚铬采用的镀液主要成分为：硫酸铬90～180g/L；草酸35～75g/L；硼酸铵30～35g/L；硼酸10～20g/L；硫酸铝15～35g/L；硫酸钠100～140g/L；氟化钠5～10g/L；十六烷基三甲基溴化铵0.05～0.1g/L；
电镀装置中电镀阳极的两端均与整流器相连，采用给电镀阳极两端同时进电的方式进行电镀；
在管件内壁采用流镀的方式预镀镍打底层降低铬的沉积过电位，采用电镀方式预镀Ni镀层，打底层厚度为10～20μm；
管内通入连续流动的三价铬电镀液流速为2～8升/min，保持镀液流动加速阴极表面区域的物质交换，防止管件表面pH值升高从而抑制铬的羟联聚合物和氢氧化铬的生成，实现三价铬持续增厚。
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