CN1439741A - 一种钛合金化学镀厚镍的方法 - Google Patents

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)      50-120ml/L

HF(40％重量浓度)         60-150ml/L

H₂O₂(30％重量浓度)    120-210ml/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                20-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O              20-35g/L

NaAC·3H₂O                  10-25g/L

C₃H₆O₃(85～90％重量浓度) 15-35ml/L

Pb²⁺                        10-15mg/L

配方2：

NiSO₄·6H₂O                20-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O              20-35g/L

NaAC·3H₂O                  10-25g/L

C₃H₆O₃(85-90％重量浓度)  10-30ml/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：

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。

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 (6)

1、一种钛合金化学镀厚镍的方法，包括装夹、除油、水洗、除膜、活化、化学镀镍工序，其特征是对钛合金基体面进行除膜、活化分别是在除膜溶液、活化溶液中，常温，时间分别为2-5分钟内完成，化学镀厚镍是将经过预镀镍的钛合金基体浸入化学镀镍溶液中，在控制PH为4.5-5.5，温度为85℃-95℃，搅拌条件下单槽一次性镀出镍磷合金镀层。

2、按照权利要求1所述的钛合金化学镀厚镍的方法，其特征在于除膜溶液的组成为：

HNO₃(65％重量浓度)    50-120ml/L

HF(40％重量浓度)       60-150ml/L

H₂O₂(30％重量浓度)   120-210ml/L

3、按照权利要求1所述的钛合金化学镀厚镍的方法，其特征是活化溶液的组成为：

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

4、按照权利要求1所述的钛合金化学镀厚镍的方法，其特征在于化学镀镍溶液配方有两种：

配方1：

NiSO₄·6H₂o              20-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O            20-35g/L

NaAC·3H₂O                10-25g/L

C₃H₆O₃(85-90％重量浓度) 15-35ml/L

Pb²⁺                      10-15mg/L

配方2：

NiSO₄·6H₂O              20-35g/L

NaH₂PO₂·H₂O            20-35g/L

NaAC·3H₂O                10-25g/L

C₃H₆O₃(85-90％重量浓度) 10-30ml/L

柠檬酸                     3-10g/L

Pb²⁺                      10-15mg/L

十二烷基硫酸钠              10-50mg/L

5、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。

6、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。