CN220724348U - 一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，包括铝合金基体、和在所述铝合金基体上从内到外依次制备的化学沉锌层、无氰镀铜层、锌镍合金镀层、六价铬彩色钝化层、及石墨烯封闭层。所述的航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，按照GB/T 5270‑2005《金属基体上的金属覆盖层电沉积和化学沉积层附着强度试验方法评述》以热震试验法测定镀层结合力，测定结果满足标准要求。按照GB/T 10125–2021《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》标准测试耐蚀性，镀件进行中性盐雾试验880h，其表面无白色腐蚀物生成，镀层耐蚀性满足航空航天零部件的特殊要求。
Description
技术领域
本实用新型属于金属电镀领域，具体涉及一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构。
背景技术
航空航天零部件通常采用铝合金制作，并在铝合金件上制备镀镉防护层层。由于镉毒性较高，业界正在开发用锌镍合金镀层代替镀镉层的新工艺。这种新工艺的流程一般为，在铝合金基体上依次制备化学沉锌层、化学镀镍层、锌镍合金镀层、及铬酸盐钝化层。但锌镍合金镀层性能目前还比不上镀镉层，因此还需要进行更深入的研究。
用无氰镀铜代替化学镀镍在铝合金件上制备镀铜层能够降低电镀成本，但由于镀层与基体之间结合力存在问题一直没能形成规模化生产[1]。
聚合硫氰酸盐镀铜工艺是最新开发的无氰镀铜工艺，该工艺以聚合硫氰酸亚铜作主盐，以聚合硫氰酸钠作配位剂，工艺性能接近氰化镀铜，但不具有氰化镀铜的高毒性。
锌镍合金镀层三价铬钝化技术已经成熟，并广泛应用于民品电镀领域。但三价铬钝化层不具备自修复性，还不能用于航空航天零部件锌镍合金镀层的钝化处理。锌镍合金镀层采用六价铬钝化制备彩色钝化层难度较大，现有技术制备的这种钝化层厚度较薄，其耐蚀性和自修复性都不高。
授权公告号为CN 108129885 B的中国发明专利《羟基石墨烯改性镀层封闭剂及其制备方法》公开了一种镀层封闭剂，在航空航天和汽车制造等领域应用取得了良好的效益。羟基石墨烯具有与六价铬相似的氧化性，当镀层的钝化膜损伤后能与镀层金属反应形成新的钝化膜。封闭层烘干固化后硅烷聚合物分子中仍存在一定数量的活性基团，封闭层损伤后硅烷聚合物还能自发交联在一起形成新的封闭层。因此，用羟基石墨烯改性封闭剂制备的封闭层具备自修复性[2]，用其封闭锌镍合金镀层，能显著提高镀件的使用寿命。
参考文献：[1].秦足足，李建三，徐金来，国内外无氰镀铜工艺研究进展[J]，电镀与涂饰，2015，34(3)：149-152。[2].郭崇武，赖奂汶，夏亮，氧化石墨烯在镀层封闭剂中的性能研究[J]，电镀与涂饰，2021，40(9)：696-700。
发明内容
为了解决在航空航天铝合金件上制备镀镉防护层的高污染的问题，本实用新型提供了一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构。为了达到上述目的本实用新型采用如下技术方案：
一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，包括铝合金基体、和在所述铝合金基体上从内到外依次制备的化学沉锌层、无氰镀铜层、锌镍合金镀层、六价铬彩色钝化层、及石墨烯封闭层；
所述无氰镀铜层是采用聚合硫氰酸盐镀铜工艺制备的；
所述无氰镀铜层的厚度为4～9μm。
优选的，所述锌镍合金镀层的厚度为8～25μm。
优选的，所述六价铬彩色钝化层的厚度为0.2～0.4μm。
优选的，所述石墨烯封闭层的厚度为0.8～2.6μm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型公开的航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，用碱性锌镍合金电度工艺制备锌镍合金镀层代替现行的无氰镀镉，有效解决了镉的高污染问题；
2、本实用新型公开的航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，用聚合硫酸氰盐无氰镀铜代替现行的化学镀镍，降低了生产成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
图1是本实用新型实施例1和实施例2的镀层结构示意图。
实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
对铝合金件按现行的前处理工艺进行除油、碱腐蚀、出光、除渣和活化。
铝合金件前处理后采用现行的铝合金化学沉锌工艺制备化学沉锌层。
优选的，所述化学沉锌层采用超邦化工的ALBUME AS-699无氰铝上沉锌工艺制备：
ALBUME AS-699无氰铝上沉锌剂150～170mL/L，工作温度20℃～30℃，沉锌时间60～120s；所述沉锌剂中包含锌离子6～9g/L，铜离子0.16～0.20g/L。
优选的，所述化学沉锌层采用超邦化工的AZIN-113酸性铝上沉锌工艺制备：
AZIN-113酸性铝上沉锌剂150～250mL/L，工作温度15℃～30℃，pH范围3.4～4.5，沉锌时间30～90s。
铝合金件化学沉锌后采用聚合硫氰酸盐镀铜工艺制备无氰镀铜层。
优选的，所述无氰镀层的厚度为4～9μm。
优选的，所述无氰镀层采用遵义会通电镀材料有限公司HT-810聚合硫氰酸盐镀铜工艺制备：
聚合硫氰酸钠100～160g/L，聚合硫氰酸亚铜17～23g/L，酒石酸钾钠8～12g/L，HT-810光亮剂1～2mL/L，HT-810走位剂2～4mL/L，镀槽温度45℃～55℃，镀液pH范围12～13，阴极电流密度0.5～1.0A/dm2，阴极移动4～6m/min，阳极电流密度≤0.5A/dm2，用无氧电解铜角(或铜粒)作阳极。
铝合金件无氰镀铜后采用现行的锌镍合金电镀工艺制备锌镍合金镀层。
优选的，所述锌镍合金镀层的厚度为8～25μm。
优选的，所述锌镍合金镀层采用超邦化工的Detronzin 1215碱性锌镍合金电镀工艺制备：
锌5.5～8.5g/L，镍1.0～1.8g/L（由DETRONZIN 1215 Ni镍补充剂13～22mL/L提供），氢氧化钠120～135g/L，DETRONZIN 1215 Base辅助剂90～110mL/L，DETRONZIN 1215Brightener主光剂1.0～5.0mL/L，DETRONZIN 1215 Purifier R净化剂0.1～0.8mL/L，镀槽温度21℃～28℃，阴极电流密度1.0～3.0A/dm2，阴极移动4～6m/min。
优选的，所述锌镍合金镀层采用超邦化工的Detronzin 1315碱性锌镍合金电镀工艺制备：
锌5～10g/L，镍0.7～1.8g/L，氢氧化钠120～140g/L，DETRONZIN 1315 Base辅助剂70～100mL/L，DETRONZIN 1315 Ni锌镍添加剂10～25mL/L，DETRONZIN 1315 Brightener锌镍主光剂0.5～1.5mL/L，DETRONZIN 1315 LCD锌镍低区添加剂0.5～1.5mL/L，镀槽温度23℃～28℃，阴极电流密度0.8～2.5A/dm2，阴极移动3～5m/min。
铝合金件电镀锌镍合金后采用现行的六价铬彩色钝化工艺制备六价铬彩色钝化层。
优选的，所述六价铬彩色钝化层的厚度为0.2～0.4μm。
优选的，所述六价铬彩色钝化层采用超邦化工的380六价铬彩色钝化工艺制备：
380锌镍六价铬彩色钝化剂80～100mL/L，钝化温度40℃～45℃，钝化液pH范围1.6～1.8，钝化时间60～80s。
铝合金件六价铬彩色钝化后采用超邦化工开发的羟基石墨烯改性镀层封闭剂制备石墨烯封闭层。
优选的，所述石墨烯封闭层的厚度为0.8～2.6μm。
优选的，所述石墨烯封闭层采用超邦化工开发的PRODICO 480石墨烯封闭工艺制备：
将PRODICO 480石墨烯改性封闭剂用水稀释至3倍配制封闭液，镀件浸渍于封闭液中8～15s，出槽后滴干，并用高压空气吹去镀件表面残留的封闭液，封闭后在70℃～90℃下烘干固化20～30min。
实施例
如图1所示，一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，包括铝合金基体1、和在所述铝合金基体1上从内到外依次制备的化学沉锌层2、无氰镀铜层3、锌镍合金镀层4、六价铬彩色钝化层、及石墨烯封闭层5；所述铝合金件是经过机械加工制备的铝合金机加件。
1、前处理：
按现行的铝合金前处理工艺对铝合金机加件基体1进行“化学除油→水洗→超声波除油→水洗→碱腐蚀→水洗→出光→水洗→除垢→水洗→微腐蚀→水洗”。
2、化学沉锌：
铝合金机加件前处理后采用超邦化工的ALBUME AS-699无氰铝上沉锌工艺制备化学沉锌层2。
ALBUME AS-699无氰铝上沉锌剂160mL/L，工作温度25℃，沉锌时间90s；所述沉锌剂中包含锌离子8g/L，铜离子0.18g/L。
具体工艺流程为：第一次沉锌→水洗→退锌→水洗→第二次沉锌→水洗。
3、无氰镀铜：
铝合金机加件化学沉锌后采用遵义会通电镀材料有限公司的HT-810聚合硫氰酸盐镀铜工艺制备无氰镀铜层3，镀层厚度为8μm。
聚合硫氰酸钠120g/L，聚合硫氰酸亚铜19g/L，酒石酸钾钠9g/L，HT-180光亮剂1mL/L，HT-180走位剂2mL/L，镀槽温度52℃，镀液pH为12.8，阴极电流密度0.8A/dm2，阴极移动6m/min，阳极电流密度为0.3A/dm2，阳极为无氧电解铜角。
4、镀锌镍合金：
铝合金机加件无氰镀铜后采用超邦化工的Detronzin 1215碱性锌镍合金电镀工艺制备锌镍合金镀层4，镀层厚度为12μm。
锌7.5g/L，镍1.4g/L（由DETRONZIN 1215 Ni镍补充剂16mL/L提供），氢氧化钠128g/L，DETRONZIN 1215 Base辅助剂100mL/L，DETRONZIN 1215 Brightener主光剂3.0mL/L，DETRONZIN 1215 Purifier R净化剂0.5mL/L，镀槽温度25℃，阴极电流密度2.5A/dm2，阴极移动5m/min。
5、六价铬彩色钝化：
铝合金机加件镀锌镍合金后采用超邦化工的380六价铬彩色钝化工艺制备六价铬彩色钝化层5，钝化层的厚度为0.3μm。
380锌镍六价铬彩色钝化剂90mL/L，操作温度42℃，钝化液pH为1.7，钝化时间70s。
6、石墨烯改性封闭剂封闭：
铝合金机加件六价铬彩色钝化后采用超邦化工开发的PRODICO 480石墨烯封闭工艺制备石墨烯封闭层6，封闭层的厚度为1.3μm。
将PRODICO 480石墨烯改性封闭剂用水稀释至3倍配制封闭液，镀件浸渍于封闭液中10s，出槽后滴干，并用高压空气吹去镀件表面残留的封闭液，封闭后在80℃下烘干固化30min。
实施例
如图1所示，一种航空航天铝合金机加件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，包括铝合金基体1、和在所述铝合金基体1上从内到外依次制备的化学沉锌层2、无氰镀铜层3、锌镍合金镀层4、六价铬彩色钝化层5、及石墨烯封闭层6；所述铝合金件是经过机械加工制备的铝合金机加件。
1、前处理：
按现行的铝合金前处理工艺对铝合金机加件基体1进行“化学除油→水洗→超声波除油→水洗→碱腐蚀→水洗→出光→水洗→除垢→水洗→微腐蚀→水洗”。
2、化学沉锌：
铝合金机加件前处理后采用超邦化工的AZIN-113酸性铝上沉锌工艺制备化学沉锌层2：
AZIN-113酸性铝上沉锌剂200mL/L，工作温度25℃，pH为4.0，沉锌时间60s。
具体工艺流程为：第一次沉锌→水洗→退锌→水洗→第二次沉锌→水洗。
3、无氰镀铜：
铝合金机加件化学沉锌后采用遵义会通电镀材料有限公司的HT-810聚合硫氰酸盐镀铜工艺制备无氰镀铜层3，镀层厚度为6μm。
聚合硫氰酸钠150g/L，聚合硫氰酸亚铜22g/L，酒石酸钾钠12g/L，HT-180光亮剂2mL/L，HT-180走位剂4mL/L，镀槽温度54℃，镀液pH为12.5，阴极电流密度0.8A/dm2，阴极移动6m/min，阳极电流密度为0.4A/dm2，阳极为无氧电解铜粒。
4、镀锌镍合金：
铝合金机加件无氰镀铜后采用超邦化工的Detronzin 1315碱性锌镍合金电镀工艺制备锌镍合金镀层4，镀层厚度为14μm。
锌8g/L，镍1.3g/L，氢氧化钠130g/L，DETRONZIN 1315 Base辅助剂85mL/L，DETRONZIN 1315 Ni锌镍添加剂18mL/L，DETRONZIN 1315 Brightener锌镍主光剂1.2mL/L，DETRONZIN 1315 LCD锌镍低区添加剂1.2mL/L，镀槽温度25℃，阴极电流密度2.5A/dm2，阴极移动4m/min。
5、六价铬彩色钝化：
铝合金机加件镀锌镍合金后采用超邦化工的380六价铬彩色钝化工艺制备六价铬彩色钝化层5，钝化层的厚度为0.3μm。
380锌镍六价铬彩色钝化剂90mL/L，操作温度42℃，钝化液pH为1.7，钝化时间70s。
6、石墨烯改性封闭剂封闭：
铝合金机加件六价铬彩色钝化后采用超邦化工开发的PRODICO 480石墨烯封闭工艺制备石墨烯封闭层6，封闭层的厚度为1.3μm。
将PRODICO 480石墨烯改性封闭剂用水稀释至3倍配制封闭液，镀件浸渍于封闭液中15s，出槽后滴干，并用高压空气吹去镀件表面残留的封闭液，封闭后在90℃下烘干固化20min。
试验例1：
按照实施例1和实施例2的工艺过程制备铝合金镀锌镍合金样件，依据GB/T 5270-2005《金属基体上的金属覆盖层 电沉积和化学沉积层 附着强度试验方法评述》标准将所述样件放在加热炉中加热至220℃保温30min，取出放入室温的水中骤然冷却，镀层都没有出现起泡和脱落，所制备的镀层结合力良好。
试验例2：
按照实施例1和实施例2的工艺过程制备铝合金镀锌镍合金样件，依据GB/T10125–2021《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》标准测试耐蚀性，所述样件进行中性盐雾试验880h其表面无白色腐蚀物生成，所制备镀层具有良好的耐蚀性。
对比例1：
参照实施例1和实施例2的工艺过程在铝合金机械加工件上依次制备化学沉锌层、无氰镀铜层、锌镍合金镀层、及六价铬黑色钝化层，但不采用石墨烯改性封闭剂封闭。依据GB/T 10125–2021《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》标准测试耐蚀性，所述样件进行中性盐雾试验480h其表面无白色腐蚀物生成。对比试验表明，用羟基石墨烯改性镀层封闭剂封闭锌镍合金镀层，显著提高了镀层的耐蚀性。
以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，但均应落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，其特征在于：包括铝合金基体、和在所述铝合金基体上从内到外依次制备的化学沉锌层、无氰镀铜层、锌镍合金镀层、六价铬彩色钝化层、及石墨烯封闭层；
所述无氰镀铜层是采用聚合硫氰酸盐镀铜工艺制备的；
所述无氰镀铜层的厚度为4～9μm。
2.如权利要求1所述的航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，其特征在于：所述锌镍合金镀层的厚度为8～25μm。
3.如权利要求1所述的航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，其特征在于：所述六价铬彩色钝化层的厚度为0.2～0.4μm。
4.如权利要求1所述的航空航天铝合金件镀锌镍合金及石墨烯封闭的镀层结构，其特征在于：所述石墨烯封闭层的厚度为0.8～2.6μm。
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