CN1210440C

CN1210440C - 一种钛合金化学镀厚镍的方法

Info

Publication number: CN1210440C
Application number: CN 02133252
Authority: CN
Inventors: 赵林; 张春刚; 郁祖湛
Original assignee: Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Current assignee: Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: CN1439741A

Abstract

本发明涉及一种钛合金零件化学镀厚镍的方法，主要包括装夹、除油、水洗、除膜、活化、预镀镍、化学镀镍，特点是使用本发明研制的除膜、活化溶液，在常温条件下，使钛合金表面得到除膜，活化，其除膜、活化时间均缩短到2-5分钟，使用本发明研制的化学镀镍溶液，在控制pH为4.5-5.5，温度为85℃-95℃搅拌条件下，能够在钛合金基体上单槽一次性镀出厚度为50μm-150μm的镍磷合金镀层，镍磷合金镀层含磷量在8%-11%之间，结合力好，耐磨性强，耐蚀性好；经过热处理后镀层硬度可达HV500-1000；镀液沉积速度快，并且通过补加镀液主要成份，镀液可连续使用，延长了镀液的使用寿命，本发明工艺稳定，操作方便，投资少，可以对新制零件进行镀覆，也可以用于易磨损零件的修复。

Description

一种钛合金化学镀厚镍的方法

所属技术领域

本发明涉及一种钛合金表面处理方法，具体是涉及钛合金零件化学镀厚镍的工艺方法。

背景技术

钛合金比强度高、比重小，耐蚀性优良，已广泛的应用于航空、航天、化工、海洋等工业中。为了进一步提高钛合金的应用范围及使用寿命，一般要对钛合金进行表面处理，如镀铬、镀镍、转化膜等来达到延长寿命的目的。其中镍镀层因其具有良好的物理、化学性能，简单易操作性及较低的成本被广泛应用在钛合金表面处理工艺中。

目前，国内外关于钢铁件化学镀镍工艺种类很多，研究范围也很广，涉及到镀层耐磨性、耐蚀性、槽液稳定性等各个方面。但钛合金基体上施镀与钢铁基体施镀不同；钛合金在大气或水中，其表面都会立即生成一层保护性氧化膜，使之处于钝化状态，从而在许多化学介质中具有优异的耐蚀性能，且这些膜具有良好的“自愈”性，一旦被清除，几乎立即就会“自愈”而形成新膜。正因为如此，在钛合金表面进行施镀时，必须进行专门的预处理，以保证其结合力。钛合金表面化学镀镍的方法，主要包括除油、水洗、除膜、活化、化学镀镍等。但在已知技术中，存在除膜、活化时间较长的缺陷，一般都需要1-1.5小时以上；对于在钛合金表面化学镀镍厚度，一般只能在钛合金基体上单槽一次性镀出厚度为10-15微米，由此影响了化学镀镍件的性能和应用范围。目前，关于单独以镍的镀层厚度为研究方向的，国内外均无文献报导。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术之不足，提供一种在钛合金表面进行化学镀厚镍的方法，使其能够在钛合金基体上单槽一次性镀出厚度为50-150微米厚的镍磷合金镀层，并达到性能优良，即结合力好，耐磨性强，耐蚀性好。

实现本发明的目的的技术解决方案是：对需要进行施镀的钛合金基体经检查装夹、除油、水洗后，使用本发明研制出的全新除膜、活化溶液，在常温条件下，不仅使钛合金基体表面得到除膜、活化，而且使除膜、活化时间均缩短到2-5分钟，钛合金基体经过活化、水洗，在常温条件下，进行预镀镍处理后，使用本发明研制的化学镀镍溶液，在控制PH为4.5～5.5，温度为85℃～95℃搅拌条件下，完成对钛合金基体表面单槽一次性镀出厚度为50μm-150μm的镍磷合金镀层。

上面所述的除膜溶液组成是：

HNO₃ 65％重量浓度＞80ml/L至等于120ml/L

HF 40％重量浓度＞60ml/L至等于150ml/L

H₂O₂30％重量浓度＞150ml/L至等于210ml/L

活化溶液组成是：

N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 450-600ml/L

HF 40％重量浓度 100-170ml/L

表面活性剂OP-10 0.5-5g/L

预镀镍溶液组成是：

NiCl₂ 220g/L

HCl 175ml/L

化学镀镍溶液配方有两种：

配方1：

NiSO₄·6H₂O 27-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O 32-35g/L

NaAC·3H₂O 10-15g/L

C₃H₆O₃ 85～90％重量浓度 20-35ml/L

Pb²⁺ 10-15mg/L

配方2：

NiSO₄·6H₂O 30-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O 32-35g/L

NaAC·3H₂O 10-17g/L

C₃H₆O₃ 85～90％重量浓度 20-35ml/L

柠檬酸 3-10g/L

Pb²⁺ 10-15mg/L

十二烷基硫酸钠 10-50mg/L

上述两种化学镀镍溶液的应用中装载量均为1dm²/L。

本发明显著的优点、效益是：由于采用了新研制的除膜、活化溶液，使其对钛合金表面进行除膜、活化的时间分别都由已知技术的1小时以上降到2-5分钟，相应地也使整体的镀镍时间得到缩短，提高了整体镀镍时效；另外不仅开发了化学镀厚镍溶液，而且该溶液能够通过间歇式添加补充液的方法，在钛合金基体上单槽一次性镀出厚度为50μm-150μm的光亮镍磷合金镀层。该镍磷合金镀层含磷量在8％-11％之间，结合力好，经250℃热处理后的镀层硬度在HV500以上，经350℃热处理后的镀层硬度在HV900以上。镀层经中性盐雾试验，500小时后未出现腐蚀。该种镀液可通过补加溶液主要成份连续使用，延长了镀液使用寿命。本发明在钛合金表面化学镀厚镍工艺稳定，操作方便，投资少，即可满足零件小批量生产要求，也可以适应大批量生产要求。同时大大提高了化学镀镍在钛合金基体上的应用，还可以在某些场合代替镀铬；可以对新制零件进行镀覆，也可以用于易磨损零件的修复，在航空、化工、纺织、海洋工业等许多部门都有广阔的应用空间。

具体实施方式

例1：

在某机大修过程中，有某部件处轴承衬套需采用化学镀厚镍修复尺寸以装机。该零件为新制零件。进行化学镀镍时采用如下工艺流程：

化学除油→热、冷水洗→除膜→冷水洗→活化→冷水洗→预镀镍→冷水洗→化学镀镍→冷水洗→干燥→检查。

1.化学除油：槽液成分和工作条件如下

氢氧化钠 50g/L

碳酸钠 65g/L

磷酸钠 20g/L

水玻璃 7g/L

水余量

温度 60～80℃

时间 10～20min

2.热、冷水洗：先用热水冲洗零件，以防止零件表面有残余除油液。后用冷水冲洗。

3.除膜：HNO₃(65％) 60ml/L

HF(40％) 70ml/L

H₂O₂ 120ml/L

温度室温

处理时间 4min

经过除膜、冲洗后，零件有明亮的金属光泽。

4.活化：(DMF) 450ml/L

HF(40％) 100ml/L

OP-10 4g/L

温度室温

处理时间 4min

零件活化后，表面形成一层灰色的膜层，个别材料零件表面会形成黑色的膜层，属正常现象。

5.预镀镍主要配方和参数：

氯化镍 220g/L

盐酸(p＝1.17) 175g/L

温度室温

电流密度 5～8A/dm²

时间 3～5min

6.化学镀镍：NiSO₄·6H₂O 27g/L

NaH₂PO₂·H₂O 32g/L

NaAC·3H₂O 15g/L

C₃H₆O₃(85～90％) 26ml/L

Pb²⁺ 10mg/L

PH 4.9

温度 90℃

6.1配制镀液采用蒸馏水，以减少杂质的影响。槽液装戴量按每升溶液镀1～2dm²的面积计算。

6.2施镀过程中，可用洁净的压缩空气搅拌槽液。

6.3镀镍时，要随零件镀一试样，以确定厚度。化学镀厚镍可采用补充添加液的方法来延长施镀时间以达到要求的厚度。

添加液A：硫酸镍 200g/L

乙酸钠 2g/L

乳酸(85～90％) 25ml/L

添加液B：次磷酸钠 250g/L

乙酸铅 2mg/L

分别配制A、B两种添加液，单独存放。

为达到较厚镍层厚度和保证稳定的沉积速度，应在施镀进行1.5h和3.5h后分别补充镀液。按照每升化学镀镍溶液加入35mlA和35mlB液，在烧杯中将A、B添加液混合，加热至工作温度时缓慢加入槽液中。

通过补充添加液，可使镀液沉积速度稳定在14～17μm/h。

7.干燥：用热的空气吹干。

镀液的沉积速度为15～17μm/h，共施镀约五小时。镀出的化学镀镍层光亮细致，镀层厚度均匀。经过千分尺测量镀层厚度达到75微米左右。将经过210±10℃热处理1小时的试片用锉刀法进行试验，钛合金基本体与镀层结合力良好。镀层经中性盐雾腐蚀试验，96小时无腐蚀现象。磷含量为10％(wt)，镀层中的磷含量适中。经200℃热处理1小时后的试样HV650左右；经350℃处理1小时后的试样HV960左右。经检验，外观、结合力、硬度各项指标均合格。

例2：

在某机大修过程中，有某部件处气阀垫圈采用化学镀厚镍技术，以提高零件的使用寿命，防止零件与装配部位发生磨损。在生产时采用如下工艺：

主要工艺过程中溶液的配方及工艺参数如下：

1.化学除油：同例1。

2.热、冷水洗：同例1。

3.除膜：HNO₃(65％) 110ml/L

HF(40％) 130ml/L

H₂O₂ 180ml/L

温度室温

处理时间 4min

经过除膜、冲洗后，零件有明亮的金属光泽。

4.活化：(DMF) 560ml/L

HF(40％) 160ml/L

OP-10 4g/L

温度室温

处理时间 4min

零件活化后，表面形成一层灰色的膜层，个别材料零件表面会形成黑色的膜层，属正常现象，不影响结合力。

5.预镀镍：同例1。

6.化学镀镍：NiSO₄·6H₂O 30g/L

NaH₂PO₂·H₂O 32g/L

NaAC·3H₂O 17g/L

C₃H₆O₃(85～90％) 20ml/L

柠檬酸 6g/L

十二烷基硫酸钠 50mg/L

Pb²⁺ 10mg/L

温度 90℃

PH 4.9

施镀约3.5小时左右，沉积出的化学镀镍层光亮细致，镀层厚度均匀，结合力良好。经过千分尺测量镀层厚度达到50微米左右。

经检验，外观、结合力、硬度等各项指标均合格。

Claims

1、一种钛合金化学镀厚镍的方法，包括装夹、除油、水洗，在常温，时间为2～5分钟内分别对钛合金基体、全面进行除膜、活化，除膜溶液由重量浓度65％的HNO₃、40％的HF和30％的H₂O₂组成，化学镀镍是在控制PH为4.5-5.5，温度为85℃-95℃条件下进行，其特征在于除膜溶液的组成含量HNO₃＞80ml/L至等于120ml/L，HF＞60ml/L至等于150ml/L，H₂O₂＞150ml/L至等于210ml/L；活化溶液的组成含量：N，N-二甲基甲酰胺为450-600ml/L，40％重量浓度的HF为100-170ml/L，表面活性剂OP-10为0.5-5g/L；化学镀镍溶液有两种配方，其组成含量是：

配方1：

NiSO₄·6H₂O 27-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O 32-35g/L

NaAC·3H₂O 10-15g/L

C₃H₆O₃重量浓度85～90％ 20-35ml/L

Pb²⁺ 10-15mg/L

配方2：

NiSO₄·6H₂O 30-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O 32-35g/L

NaAC·3H₂O 10-17g/L

C₃H₆O₃重量浓度85～90％ 20-35ml/L

柠檬酸 3-10g/L

Pb²⁺ 10-15mg/L

十二烷基硫酸钠 10-50mg/L

在搅拌条件下，单槽一次性镀出镍磷合金度层。

2、按照权利要求1所述的钛合金化学镀厚镍的方法，其特征是在钛合金基体上单槽一次性镀出厚度为50μm-150μm的镍磷合金镀层。

3、按照权利要求1所述的钛合金化学镀厚镍的方法，其特征是镍磷合金镀层含磷量在8％-11％之间，经250℃热处理后的镀层硬度＞HV500，经350℃热处理后的镀层硬度＞HV900。