CN1746337A - 碱性锌酸盐镀液、电镀方法及电镀锌镍合金的长钢管 - Google Patents

碱性锌酸盐镀液、电镀方法及电镀锌镍合金的长钢管 Download PDF

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宋花平
崔虹
李贵银
张文国
何建设
袁长友
吴玉林
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Abstract

本发明涉及一种长钢管碱性电镀锌镍合金采用的碱性锌酸盐镀液，包括：氧化锌(ZnO)，8～12克/升；氢氧化钠(NaOH)，80～140克/升；硫酸镍(NiSO4·6H2O)，8～10克/升；N2－918A添加剂，4～6毫升/升；N2－918B添加剂，2～4毫升/升；N2－918C添加剂，50～70毫升/升。本发明还公开了钢管电镀锌镍合金的方法，包括对钢管进行除油、清洗；装内阳极；电镀锌镍合金；卸内阳极；清洗、自然晾干工序，使用上述碱性锌酸盐镀液，采用压延锌板作阳极。该方法尤其适用于结构复杂的长钢管，镀层均匀，镀层中镍含量在10％左右，其耐蚀性是同等厚度锌镀层的2.8倍，硬度是同等厚度锌镀层的1.9倍。

Description

碱性锌酸盐镀液、电镀方法及电镀锌镍合金的长钢管
技术领域
本发明涉及合金电镀技术，尤其涉及碱性电镀锌镍合金工艺。
背景技术
目前在钢铁上广泛使用的防护性镀层主要是锌镀层，占国内电镀总量的70％左右。但锌镀层金属活动性强，腐蚀速率快，要获得长期的防护效果就得加大镀层厚度。这不仅需要消耗大量能源，而且厚镀层给加工带来不便。随着时代的发展、技术的进步，对电镀工艺节约能源、环境保护的要求越来越高，对防护镀层的质量要求也越来越高，传统的锌镀层已不能完全满足要求。随着电镀锌合金的研究和应用推广，人们逐渐认识到电镀锌镍合金不仅具有良好的耐蚀性、低氢脆性，而且具有良好的可焊性和性价比，引起国内外的关注。先后有许多学者对其耐蚀机理、工艺改进以及取代镉镀层等方面进行了研究。
锌镍合金电镀工艺有酸性和碱性两种体系。以往研究和应用酸性体系为多。碱性体系由于具有分散能力好，不会出现活性状态的无镀层区、成本低、可沿用碱性镀锌设备等优点，20世纪90年代开始逐渐引起国内外的关注。
美国专利4861442公开了一种碱性锌镍合金镀液，其组成为：锌3～30克/升，氢氧化钠(NaOH)20～300克/升，镍0.2～20克/升，氨基醇聚合物0.05～10克/升，镍配合剂1～20摩尔/(摩尔Ni2+)，氨基酸和/或氨基酸盐。
美国专利4877496公开了一种碱性锌镍合金镀液，其组成为：锌4～30克/升，氢氧化钠(NaOH)50～200克/升，镍0.05～4克/升，配合剂4～110克/升，主光亮剂0.1～10克/升，辅助光亮剂。
美国专利4889602公开了一种碱性锌镍合金镀液，其组成为：锌1～70克/升，镍0.6～118克/升，脂肪胺不超过16克/升，脂肪胺聚合物不超过20克/升。
日本公开特许公告01298192〔89298192〕公开了一种锌镍合金镀液，其组成为：Zn2+5～20克/升，Ni2+0.4～4克/升，Zn/Ni(重量比)4～12.5，三乙醇胺15～60克/升，光亮剂以及多种胺类螯合剂≥0.04摩尔。
国内专利1094765A公开了一种碱性锌镍合金镀液，其组成为：氧化锌(ZnO)4～10克/升，氢氧化钠(NaOH)90～120克/升，芳香醛0.2～0.4克/升，镍配合物2～30毫升/升，ZN-11添加剂0.3～4毫升/升。
国内实用新型专利CN 2303855Y公开了一种钢管电镀锌的装置，其在钢管上方置有可移动阳极，钢管内置有永久性组合阳极芯。
现有技术中电镀锌镍合金的方法多用于镀结构简单的小型工件，而在镀大尺寸、结构复杂的工件如承插钢管时效果不佳。例如，承插钢管(如图1所示)具有如下特点：
1.结构复杂；
2.长度远大于常规镀件，管长达几米；
3.承口、插口和管身壁厚不等，承口壁厚是管身壁厚的若干倍。在电镀时往往出现以下问题：
1.承口外表面凹槽(2)、端面(3)几乎镀不上；
2.口内几乎镀不上；
3.镀层不均匀。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种碱性锌酸盐镀液及利用该镀液对钢管进行碱性电镀锌镍合金的方法，特别适用于结构复杂、不等壁厚的小口径钢管的内外壁电镀工艺，以获得含镍量在6％-10％、表面光亮、防腐性能比纯锌镀层好、硬度比纯锌镀层高的锌镍合金镀层。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钢管电镀锌镍合金的碱性锌酸盐镀液，包括：
 氧化锌(ZnO)   8～12克/升
 氢氧化钠(NaOH)   80～140克/升
 硫酸镍(NiSO4·6H2O)   10～13克/升
  N2-918A添加剂   4～6毫升/升
  N2-918B添加剂   2～4毫升/升
  N2-918C添加剂   50～70毫升/升
其中镀液中的N2-918A、N2-918B、N2-918C添加剂为碱性锌酸盐电镀锌镍合金工艺中的光亮剂和络合剂。
槽液中氧化锌和硫酸镍的浓度比控制在0.6～0.8较为理想，CO3 2-的浓度控制在70克/升以内，Ni2+的浓度优选为1.2克/升～1.5克/升。
本发明还提供一种钢管碱性电镀锌镍合金的方法，包括对钢管进行除油、清洗；装内阳极；调节电镀温度和阴极电流密度进行电镀；卸内阳极；清洗、自然晾干工序。其中，在电镀锌镍合金工序中使用上述碱性锌酸盐镀液，在该电镀工序中采用压延锌板作阳极，钢管作为阴极，阴阳极面积比1∶0.5～1较适宜。
该电镀过程中采用循环冷却槽液的方法，保证电镀温度稳定，电镀温度控制在15～25℃。循环冷却是指整个槽液循环，而非常规的在槽内设置冷却循环管路。
阴极电流密度为0.5～4.5安培/平方分米。
本发明还公开了一种使用上述碱性锌酸盐镀液的电镀的长钢管。
本发明还公开了一种使用上述的电镀锌镍合金的方法电镀的长钢管。
本发明的优点在于电镀液组分简单，易于维护，分散能力好，对设备腐蚀性小。
本发明的另一优点在于采用压延锌板作阳极，使阴阳极面积比增大，与现有技术中采用锌棒或锌锭相比，镀层更均匀。
本发明的方法尤其适合镀长度较长，结构较复杂的工件，例如：承插钢管。依照本发明的工艺配方和操作条件处理过的钢管表面呈光亮的不锈钢色，镀层均匀，无漏镀现象，镀层中镍含量在10％左右，其耐蚀性是同等厚度锌镀层的2.8倍，硬度是同等厚度锌镀层的1.9倍。
附图说明
图1为承插钢管的外形及剖面示意图
其中，附图标记：
1-承口  2-承口凹槽  3-端面  4、5-管身  6-插口
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
一种钢管电镀锌镍合金工艺，包括对钢管进行除油、清洗；装内阳极；调节电镀温度和阴极电流密度进行电镀；卸内阳极；清洗、自然晾干工序。电镀锌镍合金工序采用的碱性锌酸盐镀液配方为：
  氧化锌(ZnO)   8～12克/升
  氢氧化钠(NaOH)   80～140克/升
  硫酸镍(NiSO4·6H2O)   10～13克/升
  N2-918A添加剂   4～6毫升/升
  N2-918B添加剂   2～4毫升/升
  N2-918C添加剂   50～70毫升/升
采用压延锌板作阳极，阴阳极面积比为1∶0.5～1；温度为15～25℃；阴极电流密度0.5～4.5安培/平方分米。电镀过程中需循环冷却槽液，槽液中氧化锌和硫酸镍的浓度比控制在0.6～0.8较为理想，CO3 2-的浓度控制在70克/升以内，Ni2+的浓度为1.2克/升～1.5克/升。
镀液配方中的N2-918A、N2-918B、N2-918C添加剂为碱性锌酸盐电镀锌镍合金工艺中的光亮剂和络合剂(武汉材料保护研究所提供)。
本发明还公开了一种使用上述碱性锌酸盐镀液的电镀的长钢管。
本发明还公开了一种使用上述的电镀锌镍合金的方法的长钢管。
实施例1：镀件为Φ15×100毫米钢管，一端封闭。
依照本发明镀液配方，阴极电流密度为2安培/平方分米，在25℃下电镀30分钟。测试钢管内镀层深度为15.3～16毫米，说明镀液分散能力很好。
实施例2：镀件为长6米、直径152毫米的承插钢管，承口壁厚与管身壁厚之比大于6。
依照本发明镀液配方和工艺操作条件，并在钢管适当位置设置辅助阳极，得到的镀层外表面呈光亮不锈钢色，镀层均匀一致，镀层中镍含量在10％左右，其耐蚀性是同等厚度锌镀层的2.8倍，硬度是同等厚度锌镀层的1.9倍。

Claims (10)

1.一种长钢管电镀锌镍合金的碱性锌酸盐镀液，其特征在于，包括：
氧化锌(ZnO)                            8～12克/升
氢氧化钠(NaOH)                         80～140克/升
硫酸镍(NiSO4·6H2O)                 8～10克/升
N2-918A添加剂                          4～6毫升/升
N2-918B添加剂                          2～4毫升/升
N2-918C添加剂                          50～70毫升/升
2.按照权利要求1所述的长钢管电镀锌镍合金的碱性锌酸盐镀液，其特征在于，所述的镀液中Ni2+的浓度为1.2克/升～1.5克/升。
3.按照权利要求1所述的长钢管电镀锌镍合金的碱性锌酸盐镀液，其特征在于，所述的电镀液中氧化锌和硫酸镍的浓度比为0.6～0.8。
4.按照权利要求1所述的长钢管电镀锌镍合金的碱性锌酸盐镀液，其特征在于，所述的镀液中CO3 2-的浓度控制在70克/升以内。
5.一种利用权利要求1所述碱性锌酸盐镀液的对长钢管进行电镀锌镍合金的方法，包括对长钢管进行除油、清洗；装内阳极；长钢管作为阴极；调节电镀温度和阴极电流密度进行电镀；卸内阳极；清洗、自然晾干工序，其特征在于，电镀锌镍合金工序中，所述阳极采用压延锌板，所述电镀过程中循环冷却槽液。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电镀工序中阴阳极的面积比为1∶0.5-1。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电镀工序中电镀温度为15-25℃。
8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电镀工序中中阴极电流密度为15-25℃。
9.一种使用权利要求1所述碱性锌酸盐镀液的电镀的长钢管。
10.一种使用权利要求5所述电镀锌镍合金的方法电镀的长钢管。
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