專利名稱：鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬?gòu)?fù)合鍍層及其制備工藝，具體是一種鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層及其制備工藝。用于有色金屬材料表面處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比重小，比強(qiáng)度、比剛度高，阻尼性、切削加工性、鑄造性能好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、機(jī)械、航空航天領(lǐng)域以及便攜式電子儀表、計(jì)算機(jī)、手動(dòng)工具及照相機(jī)部件等方面正得到日益廣泛的應(yīng)用。但是鎂合金的耐蝕性很差。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的幾種表面鍍層如化學(xué)鍍或者電鍍層，其耐蝕防護(hù)效果有限。即使是耐蝕性好的化學(xué)鍍層，如葉宏等人在《表面處理》2002年31卷第6期，32-35頁(yè)上發(fā)表“鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝研究”一文，介紹了新開(kāi)發(fā)的鎂合金化學(xué)鍍單一鍍層中性鹽霧耐久時(shí)間約為300小時(shí)，顯然還無(wú)法滿足苛刻環(huán)境下的耐蝕性要求。為提高鍍層耐蝕性，通常采用增加鍍層厚度的辦法，參見(jiàn)美國(guó)材料學(xué)會(huì)鎂及鎂合金專用手冊(cè)，1999年出版(ASM Specialty Handbook Magnesium and Magnesium Alloys.1999)，在苛刻環(huán)境中，手冊(cè)推薦的鉻鍍層和銅-鎳-鉻鍍層最小厚度為64微米。
在鋼鐵基體上，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多耐蝕性好的鍍層，如鋅鎳合金。但是由于鎂高的電化學(xué)活性和被大多數(shù)鍍液快速腐蝕，這些工藝不能直接應(yīng)用到鎂合金上。而且鎂的腐蝕電位很低，常用化學(xué)鍍或者電鍍層對(duì)鎂合金都屬于陰極，對(duì)鋼鐵而言的犧牲陽(yáng)極保護(hù)應(yīng)用到鎂合金上就成了陰極保護(hù)，鍍層的設(shè)計(jì)原理就要發(fā)生變化。對(duì)陰極鍍層，令人滿意的耐蝕性，尤其是苛刻環(huán)境下，只有在鍍層無(wú)孔時(shí)才能達(dá)到，而鎂及鎂合金大部分以鑄件生產(chǎn)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生夾雜、疏松、氣孔等缺陷，鑄件表面的缺陷嚴(yán)重影響鍍層的質(zhì)量，很難避免鍍層不出現(xiàn)孔隙，這些孔隙依靠單一的化學(xué)鍍或電鍍過(guò)程是很難封閉的。這就是鎂合金鍍層耐蝕性不高的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有鎂合金鍍層耐蝕性差的缺點(diǎn)，提供一種鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層及其制備工藝，其鍍層厚度不超過(guò)35微米，而鍍層耐中性鹽霧時(shí)間可達(dá)1000小時(shí)以上。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層包括化學(xué)鍍鎳層、電鍍鋅鎳合金層；化學(xué)鍍鎳層作底層，厚度為20-25微米，電鍍鋅鎳合金層為表層，厚度為8-10微米，鍍層總厚度不超過(guò)35微米。其中化學(xué)鍍鎳層磷含量為8-12％，電鍍鋅鎳合金層鎳含量為13-18％。
采用鎂合金化學(xué)鍍工藝，在鎂合金基體上鍍覆一層鎳作為基底，先把鎂基底保護(hù)起來(lái)。而且鎳鍍層可與標(biāo)準(zhǔn)電鍍層相容，在鎳基底上，就可開(kāi)發(fā)高耐蝕性的鍍層。
其次解決鍍層氣孔問(wèn)題。通過(guò)化學(xué)鍍層，將鍍層中的孔隙降低到很低的程度?；瘜W(xué)鍍鎳層的厚度選在20-25微米之間，厚度太薄，孔隙減少的程度有限；厚度太厚，鍍層脆性增大，成本還大大增加。而且，有些孔隙靠化學(xué)鍍覆始終無(wú)法遮蔽，鍍層厚度增加就失去意義。這些孔隙就靠隨后的電鍍層封閉。采用堿性鍍液電鍍鋅鎳合金，利用鍍液強(qiáng)的整平作用和分散作用，可以填沒(méi)化學(xué)鍍層的孔隙并將其封閉?；瘜W(xué)鍍鎳層本身就很致密，加上后續(xù)電鍍鋅鎳合金，就可解決鍍層中孔隙問(wèn)題。只要將鎂合金基體完全包覆起來(lái)，表層鋅鎳合金鍍層耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)就能充分發(fā)揮出來(lái)。
本發(fā)明高耐蝕性復(fù)合鍍層的制備工藝，包括以下步驟(一)鎂合金化學(xué)鍍鎳?；瘜W(xué)鍍工藝采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)B480-88。施鍍時(shí)間為1.4-2小時(shí)，鍍層厚度為20-25微米，鍍層磷含量約為8-12％。
(二)電鍍鋅鎳合金。電鍍鋅鎳工藝中使用的鍍液組成(重量百分比)及工藝條件如下氫氧化鈉8-15％，氧化鋅2-5％，氯化鎳0.5-3％，乙二胺2-4％，三乙醇胺2-4％，酒石酸鉀鈉0.5-3％，DE 0.2-0.8％，十二烷基磺酸鈉0.01-0.1％，余量為水。電流密度為0.5-5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫。
電鍍鋅鎳合金工藝中使用的鍍液組成(重量百分比)及工藝優(yōu)選為氫氧化鈉11-13％，氧化鋅3-5％，氯化鎳1.2-1.7％，乙二胺2.5-3.5％，三乙醇胺2.5-3.5％，酒石酸鉀鈉1.2-1.7％，DE 0.3-0.5％，十二烷基磺酸鈉0.02-0.04％，余量為水。電流密度為2.5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。得到的鍍層厚度在8-10微米，鎳含量約為13-18％。
(三)鍍層黑色鈍化。黑色鈍化處理工藝采用鋅鎳合金黑色鈍化工藝。
與現(xiàn)有鎂合金鍍層相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于復(fù)合鍍層厚度不超過(guò)35微米條件下耐蝕性很好，耐鹽霧試驗(yàn)時(shí)間可達(dá)1000小時(shí)。利用本發(fā)明得到的鍍層可以作為苛刻環(huán)境中鎂及鎂合金的保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例一將鎂合金AZ91鑄件用化學(xué)鍍工藝施鍍2小時(shí)，得到鍍層厚度為25微米，化學(xué)鍍鎳層磷含量約為9％。然后按照下面的配方和工藝電鍍鋅鎳合金氫氧化鈉15％，氧化鋅5％，氯化鎳3％，乙二胺4％，三乙醇胺4％，酒石酸鉀鈉0.5％，DE0.8％，十二烷基磺酸鈉0.03％，余量為水。電流密度為2.5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫。得到的鋅鎳合金鍍層厚度為8-10微米，鎳含量約為15％。最后鍍層經(jīng)黑色鈍化處理。鍍層總厚度約35微米。
按照ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，耐久時(shí)間可達(dá)1000小時(shí)以上。
實(shí)施例二用鎂合金AZ91鑄件用化學(xué)鍍工藝施鍍1.4小時(shí)，得到鍍層厚度為20微米，化學(xué)鍍鎳層磷含量約為9％。然后按照下面的配方和工藝電鍍鋅鎳合金氫氧化鈉8％，氧化鋅2％，氯化鎳0.5％，乙二胺2％，三乙醇胺2％，酒石酸鉀鈉3％，DE0.2％，十二烷基磺酸鈉0.01％，余量為水。電流密度為2.5A/dm2，陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫。電鍍時(shí)間為30分鐘，得到的鋅鎳合金鍍層厚度為8-10微米，鎳含量約為13％。最后鍍層黑色鈍化處理。鍍層總厚度約為30微米。
按照ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，耐久時(shí)間可達(dá)800小時(shí)。
實(shí)施例三將鎂合金AZ91鑄件用化學(xué)鍍工藝施鍍2小時(shí)，得到鍍層厚度為25微米，化學(xué)鍍鎳層磷含量約為9％。然后按照下面的配方和工藝電鍍鋅鎳合金氫氧化鈉12％，氧化鋅4％，氯化鎳1.5％，乙二胺3％，三乙醇胺3％，酒石酸鉀鈉1.5％，DE0.4％，十二烷基磺酸鈉0.03％，余量為水。電流密度為2.5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫。得到的鋅鎳合金鍍層厚度為8-10微米，鎳含量約為16％。最后鍍層經(jīng)黑色鈍化處理。鍍層總厚度約35微米。
按照ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，耐久時(shí)間可達(dá)1000小時(shí)以上。
實(shí)施例四將鎂合金AZ91鑄件用化學(xué)鍍工藝施鍍2小時(shí)，得到鍍層厚度為25微米，化學(xué)鍍鎳層磷含量約為9％。然后按照下面的配方和工藝電鍍鋅鎳合金氫氧化鈉11％，氧化鋅3％，氯化鎳1.2％，乙二胺2.5％，三乙醇胺2.5％，酒石酸鉀鈉1.7％，DE0.3％，十二烷基磺酸鈉0.02％，余量為水。電流密度為2.5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫。得到的鋅鎳合金鍍層厚度為8-10微米，鎳含量約為15％。最后鍍層經(jīng)黑色鈍化處理。鍍層總厚度約35微米。
按照ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，耐久時(shí)間可達(dá)1000小時(shí)以上。
實(shí)施例五將鎂合金AZ91鑄件用化學(xué)鍍工藝施鍍2小時(shí)，得到鍍層厚度為25微米化學(xué)鍍鎳層磷含量約為9％。然后按照下面的配方和工藝電鍍鋅鎳合金氫氧化鈉13％，氧化鋅5％，氯化鎳1.7％，乙二胺3.5％，三乙醇胺3.5％，酒石酸鉀鈉1.2％，DE0.3％，十二烷基磺酸鈉0.04％，余量為水。電流密度為2.5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘。陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫。得到的鋅鎳合金鍍層厚度為8-10微米，鎳含量約為15％。最后鍍層經(jīng)黑色鈍化處理。鍍層總厚度約35微米。
按照ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，耐久時(shí)間可達(dá)1000小時(shí)以上。
權(quán)利要求
1.一種鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層，包括化學(xué)鍍鎳層、電鍍鋅鎳合金層，其特征在于，化學(xué)鍍鎳層作底層，厚度為20-25微米，電鍍鋅鎳合金層為表層，厚度為8-10微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層，其特征是，化學(xué)鍍鎳層磷含量為8-12％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層，其特征是，電鍍鋅鎳合金層鎳含量為13-18％。
4.一種鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于，包括三個(gè)步驟(1)鎂合金化學(xué)鍍鎳施鍍時(shí)間為1.4-2小時(shí)，鍍層厚度為20-25微米，磷含量約為8-12％；(2)電鍍鋅鎳合金電鍍鋅鎳合金工藝中使用的鍍液組成及工藝條件如下氫氧化鈉8-15％，氧化鋅2-5％，氯化鎳0.5-3％，乙二胺2-4％，三乙醇胺2-4％，酒石酸鉀鈉0.5-3％，DE 0.2-0.8％，十二烷基磺酸鈉0.01-0.1％，余量為水，電流密度為0.5-5A/dm2，電鍍時(shí)間為30分鐘，陽(yáng)極采用不銹鋼板，溫度為室溫；(3)鍍層黑色鈍化黑色鈍化處理工藝采用鋅鎳合金黑色鈍化工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征是，所述的電鍍鋅鎳合金工藝中使用的鍍液組成及工藝，對(duì)其進(jìn)一步限定為氫氧化鈉11-13％，氧化鋅3-5％，氯化鎳1.2-1.7％，乙二胺2.5-3.5％，三乙醇胺2.5-3.5％，酒石酸鉀鈉1.2-1.7％，DE 0.3-0.5％，十二烷基磺酸鈉0.02-0.04％，電流密度為2.5A/dm2。
全文摘要
一種鎂及鎂合金高耐蝕性復(fù)合鍍層及其制備工藝，用于有色金屬材料表面處理領(lǐng)域。復(fù)合鍍層以化學(xué)鍍鎳層作底層，厚度為20－25微米，電鍍鋅鎳合金層為表層，厚度為8－10微米。工藝如下鎂合金化學(xué)鍍鎳采用美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)B480－88，施鍍時(shí)間為1.4－2小時(shí)，鍍層厚度為20－25微米，鍍層磷含量為9－12％；電鍍鋅鎳合金使用的鍍液組成及工藝條件如下氫氧化鈉8－15％，氧化鋅2－5％，氯化鎳0.5－3％，乙二胺2－4％，三乙醇胺2－4％，酒石酸鉀鈉0.5－3％，DE 0.2－0.8％，十二烷基磺酸鈉0.01－0.1％，余量為水，電流密度為0.5－5A/dm
文檔編號(hào)C23C28/04GK1580325SQ20041001847
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月20日
發(fā)明者劉新寬, 胡文彬, 丁文江, 向陽(yáng)輝 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)