一種碳鋼螺栓電鍍預(yù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電鍍工作預(yù)處理方法，尤其涉及一種待電鍍的碳鋼螺栓表面的預(yù)處理方法及其應(yīng)用，屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]螺栓被廣泛應(yīng)用建筑、家電、汽車、石油化工領(lǐng)域中，尤其是碳鋼螺栓以其成本低，強(qiáng)度高，綜合力學(xué)性能好的特點(diǎn)使用尤為廣泛。目前對于碳鋼的防腐處理常見的方法是表面鍍鋅處理，然而，在某些極端惡劣的條件下，如海洋環(huán)境，碳鋼螺栓表面容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)生銹腐蝕。生銹的碳鋼螺栓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度速度降低，直接影響設(shè)備的安全性可靠性。而且，在定期維護(hù)過程中銹蝕的碳鋼由于棱角結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，十分容易打滑，有時候不得不采用暴力破壞的方法進(jìn)行拆卸，增加了生產(chǎn)維護(hù)過程中的勞動強(qiáng)度和工程成本。因此對傳統(tǒng)螺栓進(jìn)行表面處理，提高其防腐蝕性能十分必要。
[0003]目前，應(yīng)用最為廣泛的表面處理方法是鍍覆防腐，通過電化學(xué)反應(yīng)在螺栓表面沉積形成耐腐蝕層，提高螺栓的整體耐腐蝕性能。但是螺栓工件自身材質(zhì)通常具有易氧化的特性，在儲存過程中其表面容易發(fā)生氧化反應(yīng)形成氧化膜，且該氧化膜層很難徹底去除。即使通過物理打磨處理清除了其表面的氧化層，當(dāng)結(jié)束打磨后，在空氣中氧氣和水分作用下極易再氧化，使得螺栓表面形成再氧化層。若在未徹底去除氧化層的條件下進(jìn)行鍍覆，得到的鍍層與基體結(jié)合牢固極差，特別是夾雜有基體氧化層的部分在實(shí)際使用過程中會迅速出現(xiàn)鍍層剝落，不能滿足螺栓在一些特殊場合的實(shí)際使用要求。
[0004]因此，在對螺栓進(jìn)行電鍍之前，需進(jìn)行預(yù)處理工藝，以除去螺栓表面的氧化層，提高電鍍沉積層的附著力。現(xiàn)有常規(guī)的預(yù)處理工藝有:除油浸漬、預(yù)鍍銅、閃鍍鎳等。但這些工藝預(yù)處理的螺栓工件在電鍍后均無法滿足附著力的要求，特別是碳鋼材質(zhì)本身的化學(xué)特性使得化學(xué)預(yù)處理過程中螺栓表面縫隙中的氧化層不易剝離，為進(jìn)一步提高鍍層與螺栓基體的結(jié)合力，尋求新的預(yù)處理方法顯得十分迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中碳鋼螺栓電鍍前處理中，表面氧化層在螺栓細(xì)小的縫隙結(jié)構(gòu)中難以有效清除，使得電鍍層附著力強(qiáng)度不佳的不足，提供一種碳鋼螺栓電鍍預(yù)處理工藝，對碳鋼螺栓工件表面進(jìn)行預(yù)處理，提高其后續(xù)電鍍的表面質(zhì)量與結(jié)合力。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種碳鋼螺栓電鍍前處理工藝，包括以下步驟:
(1)電解除油:將碳鋼螺栓放入電解液中，電解除油，對螺栓基體進(jìn)行脫脂除油。
[0007](2)螺栓酸洗:將電解除油后的碳鋼螺栓放入酸洗液中，酸洗去除螺栓基體表面的氧化物。
[0008](3)超聲清洗:將經(jīng)過步驟2處理的碳鋼螺栓放入低分子醇中，超聲清洗，晾干/烘干。
[0009](4)離子液體陽極活化:活化液是路易斯酸性的溶液，使用三氯化鋁和有機(jī)鹽配制而成，優(yōu)選使用三氯化鋁和二取代氯化咪唑，按照摩爾比1~2:1進(jìn)行配制?；罨瘏?shù)如下:碳鋼螺栓工件為陽極，鋁板作為陰極，活化液溫度15-80°C，優(yōu)選的，溫度為20-60°C?；罨娏髅芏?-10mA/cm2，活化時間2_8min。優(yōu)選的，活化過程中，對活化液進(jìn)行攪拌。優(yōu)選攪拌速率為100~400r/min。活化過程中，對溶液進(jìn)行攪拌可以促進(jìn)工件表面的離子液的擾動，促進(jìn)氧化層的成分在陽極活化過程中褪脫。最好是100~200r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，效果更佳。
[0010]本發(fā)明的表面前處理方法是首先將螺栓基體進(jìn)行一步電解除油和常規(guī)酸洗，然后路易斯酸性的活化液中進(jìn)行陽極氧化處理，使碳鋼螺栓工作的表面氧化層發(fā)生電化學(xué)褪鍍，獲得表面清潔、無氧化層的螺栓基體。選用路易斯酸性的活化液可以很好的分散電化學(xué)反應(yīng)中溶解的碳鋼氧化層成分，因?yàn)槁芬姿顾崛芤壕哂薪邮针娮訉Φ目哲壍?，具有一定的腐蝕性，當(dāng)碳鋼在活化液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的時候，可以很好的促進(jìn)碳鋼表面的氧化層溶解分散離析出來。對于螺栓細(xì)小的縫隙結(jié)構(gòu)中的氧化層也能夠充分促進(jìn)電化學(xué)分解去除作用。經(jīng)本發(fā)明方法處理的碳鋼螺栓表面清潔無雜質(zhì)，碳鋼螺栓基體與鍍層之間具有良好的結(jié)合力，鍍層不易脫落。
[0011]優(yōu)選的，所述的二取代氯化咪唑，可以舉例如:1-甲基-3乙基氯化咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基氯化咪唑等。
[0012]進(jìn)一步，步驟(1)所述的螺栓電解除油過程中，采用堿性除油液作為電解液。處理步驟是以螺栓工件為陰極，放入溫度在50-90°C的電解液中，施加電流密度2-lOmA/cm2，電解除油20s-2min (20秒~2分鐘)。電解除油又稱為電化學(xué)除油，在堿性溶液中，利用直流電作用將零件表面油污除去。除油過程中包含了皂化作用、乳化作用和電化學(xué)作用，電流使電極極化降低油與溶液的界面張力，同時電流使得電極金屬表面產(chǎn)生微小氣泡，氣泡促進(jìn)油脂的分離，使得螺栓表面的油脂快速剝離分散到溶液中。優(yōu)選的，電解液采用包含以下成分構(gòu)成的電解液:氫氧化鈉20-60g/L，碳酸鈉20-40g/L，磷酸三鈉5_15 g/L。以上成分的電解液具有緩沖溶液的效果，能夠在電解除油過程中保持溶解的pH穩(wěn)定性，更有利用油脂的溶解。
[0013]進(jìn)一步，步驟(2)所述的螺栓酸洗過程中，酸洗液為稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸中的一種或一種以上的混合液，酸洗時間20s-2min。經(jīng)過電解除油處理后，工件表面的油脂被有效的除去，位于油脂之下的銹蝕層被暴露出來，使用酸洗液可以快速的溶解工件表面的銹蝕層，將蓬松的金屬氧化物溶解除去，酸洗充分利用了工件表面金屬氧化物易溶于酸的特性，根據(jù)不同的銹蝕成分及銹蝕程度可以采取相應(yīng)的稀酸溶液進(jìn)行處理。優(yōu)選的，酸洗液中無機(jī)酸成分的質(zhì)量濃度為5-10%。酸洗液中酸的濃度不宜過大，酸濃度太高了容易對工件表面造成過多的腐蝕作用，使得工件整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等發(fā)生變化，反而不利于達(dá)到酸洗的主要目的。優(yōu)選的，酸洗液的pH= 1~4。
[0014]進(jìn)一步，步驟(3 )中所述低分子醇是甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇或其任意比例的混合物。超聲清洗過程中主要是利用超聲波在液體中空化作用、加速作用及直進(jìn)流作用對工件表面進(jìn)行清洗，結(jié)合之前的電解除油和酸洗處理過程中分散、軟化、剝離作用，超聲波使得殘余的少量污垢從工件表面完全脫落，采用低分子醇溶液可以很好的分散這些污垢，同時低分子醇具有良好的除水能力排氧能力，能夠保持工件處于無水無氧的環(huán)境中，避免工件在處理過程中的再次氧化。
[0015]進(jìn)一步，步驟(3)所述的螺栓超聲清洗過程中，使用酒精作為清洗的液體，優(yōu)選為99%酒精，超聲清洗時間為5-15min。優(yōu)選的，超聲波的頻率為20_30kHz，功率為80-200W。超聲過程中控制好超聲功率既能夠有效有清除污垢，又能夠減少不必要的能量消耗。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(4)陽極與陰極的極間距l(xiāng)-3cm。將極間距控制在1~3厘米之間可以在較小的電解槽中實(shí)現(xiàn)陽極活化處理，同時，極間距控制在此范圍內(nèi)，電極之間可形成多極放電，提升陽極活化的均勻性和效率。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(4)所述鋁板的純度大于95%，最好是大于99.9wt%。使用高純度的鋁板作為電極具有導(dǎo)電性好，對離子液無污染、影響小的特點(diǎn)。
[0018]進(jìn)一步，步驟(4)在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。特別是在氬氣保護(hù)下進(jìn)行。陽極活化后的碳鋼螺栓表面氧化層被完全除去，其表面的元素具有極高的活性，非常容易被氧化，在氬氣的保護(hù)下能夠保證預(yù)處理的效果。
[0019]本發(fā)明涉及碳鋼螺栓預(yù)處理方法可以適用于各種形狀的碳鋼螺栓，還可以應(yīng)用于其它各種碳鋼工件的表面電鍍的預(yù)處理過程，對于類似的以鐵為主要成分的合成鋼材也具有良好的預(yù)處理效果，特別是對于具有異形結(jié)構(gòu)及難以清潔的細(xì)小縫隙結(jié)構(gòu)的工作。本發(fā)明所述的碳鋼也叫碳素鋼，指含炭量Wc小于2.11%的鐵碳合金，可以分為低碳鋼、中碳鋼和尚碳鋼。
[0020]本發(fā)明提供的螺栓電鍍預(yù)處理方法，工藝簡單，操作方便，對環(huán)境無污染，基體與鍍層結(jié)合力高、工件表面平整美觀，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益高。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明通過電解除油、酸洗處理和超聲清洗步驟使螺栓表面附著的油脂、鐵銹等成分按歸其附著的層次快速的溶解分散開來，然后在路易斯酸性的活化液中進(jìn)行陽極氧化處理，使碳鋼螺栓工作的表面氧化層發(fā)生電化學(xué)褪鍍，獲得表面清潔、無氧化層的螺栓基體。
[0022]2.本發(fā)明使用的路易斯酸性活化液很好的分散溶解了碳鋼氧化層成分，對于螺栓細(xì)小的縫隙結(jié)構(gòu)中的氧化層也能夠充分促進(jìn)電化學(xué)分解去除作用，處理后的碳鋼螺栓表面清潔無雜質(zhì)，碳鋼螺栓基體與鍍層之間具有良好的結(jié)合力，鍍層不易脫落。
[0023]3.本發(fā)明控制陽極活化過程中離子液體的電流密度、活化時間充分的完成工件表面的處理作用，在工件表面氧化層完全溶解的基礎(chǔ)上，避免陽極活化過度，充分保證工件既滿足后續(xù)電鍍處理的要求，又不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，組織形貌的過度劣化。
[0024]4.本發(fā)明的初步處理除油過程中同時包含了皂化作用、乳化作用和電化學(xué)作用，電極化界面張力配合電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的微小氣泡，快速實(shí)現(xiàn)油脂的分離溶解，使得螺栓表面清潔無油脂。
[0025]【附圖說明】:
圖1實(shí)施例1中電鍍后A1鍍層的宏觀形貌圖。
[0026]圖2實(shí)施例1中電鍍后A1鍍層的SEM形貌圖。
[0027]圖3實(shí)施例1中電鍍A1鍍層后斷口的SEM形貌圖。
[0028]圖4實(shí)施例2中電鍍后A1鍍層的宏觀形貌圖。
[0029]圖5實(shí)施例2中電鍍后A1鍍層的SEM形貌圖。
[0030]圖6對比例1中電鍍后A1鍍層的宏觀形貌圖。[0031 ] 圖7對比例2中電鍍后A1鍍層的宏觀形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]陽極活化是將待處理的工件放在陽極上通過電化學(xué)反應(yīng)脫去工件表面部分金屬離子，實(shí)現(xiàn)工件表面的純凈化，以利于工件的后續(xù)處理應(yīng)用。
[0033]下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0034]實(shí)施例1
取待處理的碳鋼螺栓放入電解液中，通電電解，對碳鋼螺栓基體進(jìn)行脫脂除油。然后，將除油后的碳鋼螺栓放入稀鹽酸中，酸洗去除螺栓基體表面的氧化物。酸洗處理好以后，放入乙醇中，超聲清洗，烘干。采用摩爾比為1.5:1的三氧化鋁和二取代氯化咪唑的配制的路易斯酸性溶液作為活化液，將碳鋼螺栓工件作為陽極，鋁板作為陰極，在65°C下，以7mA/cm2電流密度進(jìn)行活化，活化時間6min。
[0035]進(jìn)一步，活化過程中，對活化液進(jìn)行攪拌，促進(jìn)工件表面的離子液的擾動，使氧化層在陽極活化過程中完全褪去，攪拌速率為1 OOr/min。
[0036]
實(shí)施例2
取待處理的碳鋼螺栓放入電解液中，電解液:氫氧化鈉40g/L，碳酸鈉30g/L，磷酸三鈉15g/L。，加熱至60°C，通電電解1分鐘，電流密度5 mA/cm2，脫脂除