复合镀层以及复合镀层的刷镀方法

摘要

本发明提供了一种复合镀层，所述复合镀层为Zn-Ni-Al2O3，其中以重量计算，Ni的含量为10%至15%，Al2O3的含量为0.5%至1%，余量为Zn。一种复合镀层的刷镀方法，所述复合镀层为Zn-Ni-Al2O3，该刷镀方法包括以下步骤：第一步：对刷镀工件进行表面清洗；第二步：使用前述的刷镀溶液对刷镀工件进行刷镀；第三步：对刷镀工件进行水洗和烘干。本发明的有益效果主要体现在：在Zn、Ni基质层中增加了高熔点、高硬度、耐磨、抗高温的Al203颗粒，从而使复合镀层的硬度、耐磨性、耐高温氧化性大幅提高，复合镀层中Ni含量较大，使复合镀层外观镜面光亮，具有的良好的致密性与装饰性。

说明书

技术领域

本发明涉及电刷镀领域，尤其涉及一种导电材料制的刷镀工件的复合镀层及该复合镀层刷镀方法。

背景技术

电刷镀是一种从电镀（槽镀）发展起来，利用电化学原理在导电工件进行金属离子沉积形成镀层的新技术。电刷镀使用专用电源、镀笔和刷镀液，无需常规电镀槽。在电刷镀过程中，镀笔外裹布包套，以一定的压力与工件保持接触并作相对运动，在电流的作用下，使得金属离子沉积在工件表面，从而完成刷镀工作。电刷镀技术由于具有设备简单、工艺灵活、沉积速度快、镀层和基体材料的结合强度高等优点，因而被广泛使用于机械零部件的修复，对于大型机械的不解体现场修复或野外抢修具有尤其突出的实用价值。

采用电刷镀技术获得复合镀层，其原理是将一种或数种不溶性固体颗粒加到电刷镀溶液中，使固体微粒与金属离子共沉积，并使其均匀弥散在金属镀层中从而形成复合镀层，复合镀层可以大幅度提高镀层的耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性能等，因此在表面工程领域有着广阔的应用价值。

锌镍合金镀层是一种新型的优良防护性镀层，适用于在恶劣的工业大气和严酷的海洋环境中使用。镍含量7～9%的锌镍合金耐蚀性是锌镀层的3倍以上;含镍量13%左右的锌镍合金镀层耐蚀性是锌镀层的5倍以上，它具有最好的耐蚀性。专利CN101550577B公开了一种钢铁零部件表面Zn-Ni合金电镀方法，电镀时须采用特制的脉冲电源，镀覆Zn-Ni合金多层膜，设备及工艺控制复杂，电流密度低，电镀速度慢，出光时间长，镀层光亮度及硬度依然不高。专利CN 1854350B公开了一种Zn-Fe- Si0₂ 镀层钢铁零部件电镀方法，溶液成分多，含Fe2+的溶液容易氧化变质，生产维护困难，Si0₂粉末的粒度大(0.5 μm～ 0.9 μm)，镀层光亮度不高，镀厚能力差（小于20 μm）。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种硬度高、耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性好，并且具有高致密性、镜面光亮、综合性能优良的复合镀层，满足零部件防腐、耐磨、装饰的需要。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种复合镀层，所述复合镀层为Zn-Ni- Al₂O₃，其中以重量计算，Ni的含量为10%至15%，Al₂O₃的含量为0.5%至1%，余量为Zn。

优选的，以重量计算，Zn的含量为85%，Ni的含量为14.5%，Al₂O₃的含量为0.5%；复合镀层的厚度一般可为0.03毫米。

优选的，以重量计算，Zn的含量为89%，Ni的含量为10%，Al₂O₃的含量为1%；复合镀层的厚度一般可为0.10毫米。

优选的，以重量计算，Zn的含量为87%，Ni的含量为12.3%，Al₂O₃的含量为0.7%；复合镀层的厚度一般可为0.05毫米。

本发明的有益效果主要体现在：在 Zn 、Ni 基质层中增加了高熔点、高硬度、耐磨、抗高温的Al₂O₃颗粒，从而使复合镀层的硬度、耐磨性、耐高温氧化性大幅提高，具体的，复合镀层硬度比未加三氧化二铝的锌镍合金镀层硬度提高一倍以上，耐磨性提高一倍以上。复合镀层中 Ni 含量较大，使复合镀层外观镜面光亮，具有的良好的致密性与装饰性；且由于复合镀层中较高的Ni含量以及Al₂O₃颗粒的作用，使复合镀层不需要钝化处理就可以达到较高的耐蚀性，大大减化了生产工艺环节，减少了环境污染，提高了生产安全性。

本发明的另一目的在于提供一种成本低、绿色环保、工艺简单、镀覆速度快的Zn-Ni- Al₂O₃ 复合镀层刷镀方法。

本发明的目的通过以下一种复合镀层的刷镀方法实现：

一种复合镀层的刷镀方法，所述复合镀层为Zn-Ni- Al₂O₃，该刷镀方法所使用的刷镀溶液的组成成分为：NiSO₄·7H₂O，含量为 100 g / L 至150g / L；ZnSO₄·7H₂O，含量为150 g / L 至200g / L；酒石酸钾钠，含量为50 g / L 至100g / L；硼酸，含量为20 g / L 至30g / L；粒径为0.05μm至0.1μm的α- Al₂O₃颗粒，含量为3-5g / L；该刷镀方法包括以下步骤：第一步：对刷镀工件进行表面清洗；第二步：使用前述的刷镀溶液对刷镀工件进行刷镀；第三步：对刷镀工件进行水洗和烘干。

优选的，所述第一步包括以下子步骤：首先进行电净，即用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压8V至15V对刷镀工件处理20秒至40秒，待刷镀工件上的水膜均匀推开后，用水冲洗；随后进行一次活化，即用活化液THY-2溶液，在反极性，电压8V至15V对刷镀工件处理15秒至30秒，待表面呈均匀的灰黑色后，用水冲洗；随后进行二次活化，即用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18 V至20V处理35秒至45秒，待表面呈均匀的银灰色后，用水冲洗。

优选的，所述第二步具体为：将刷镀工件与电刷镀机的负极接通，将镀笔与电刷镀机的正极接通，移动镀笔将前述的刷镀溶液刷镀到刷镀工件的欲镀表面上；所述电刷镀机的工作电压为8～12伏，所述镀笔相对于刷镀工件的移动速度为8米/分至15米/分。

优选的，所述镀笔使用绒布包裹，且绒布的有绒毛的一面朝外。

优选的，所述刷镀溶液采用上流循环搅拌法搅拌及连续供液。

优选的，所述刷镀溶液的组成成分为：NiSO₄·7H₂O，含量为 100 g / L；ZnSO₄·7H₂O，含量为150 g / L；酒石酸钾钠，含量为50 g / L；硼酸，含量为20 g / L；粒径为0.05μm至0.1μm的α- Al₂O₃颗粒，含量为3g / L。

优选的，所述刷镀溶液的组成成分为：NiSO₄·7H₂O，含量为 125 g / L；ZnSO₄·7H₂O，含量为175 g / L；酒石酸钾钠，含量为75g / L；硼酸，含量为25 g / L；粒径为0.05μm至0.1μm的α- Al₂O₃颗粒，含量为4g / L。

优选的，所述刷镀溶液的组成成分为：NiSO₄·7H₂O，含量为 150 g / L；ZnSO₄·7H₂O，含量为200 g / L；酒石酸钾钠，含量为100 g / L；硼酸，含量为30 g / L；粒径为0.05μm至0.1μm的α- Al₂O₃颗粒，含量为5g / L。

本发明的有益效果主要体现在：复合镀层的刷镀溶液用料少，原料中无任何污染源，溶液稳定，质保期长；复合镀层可在刷镀工件上直接施镀，结合力良好；可方便地对零部件局部镀覆，刷镀速度快，生产效率高；可以刷镀厚镀层（一次性刷镀层厚度0.10mm）; 镀层出光速度快，色泽镜面光亮，防护能力好；镀层无须镀后钝化处理，可保持外观不变色；镀层硬度高，耐磨性好；使用绒布包套，对镀层有抛光作用，镀层出光速度快，5分钟即可出光，复合镀层外观如镜面样光亮、稳定，即使在空气中长期存放仍保持特有的光泽；锌镍合金复合电刷镀溶液采用上流循环搅拌法搅拌及连续供液，有利于获得均匀一致的镀层。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式中，复合镀层为Zn-Ni- Al₂O₃，其中以重量计算，Ni的含量为10%至15%，Al₂O₃的含量为0.5%至1%，余量为Zn。

该复合镀层的刷镀方法使用的溶液由作为主盐的镍盐及锌盐， 作为络合剂的酒石酸钾钠，作为缓冲剂的硼酸，固体颗粒三氧化二铝组成。具体为：NiSO₄·7H₂O，含量为 100 g / L 至150g / L；ZnSO₄·7H₂O，含量为150 g / L 至200g / L；酒石酸钾钠，含量为50 g / L 至100g / L；硼酸，含量为20 g / L 至30g / L；粒径为0.05μm至0.1μm的α- Al₂O₃颗粒，含量为3-5g / L。溶液PH3-5。

该溶液的制备方法为:将NiSO₄·7H₂O、ZnSO₄·7H₂O、酒石酸钾钠、硼酸分别溶解于纯水中，最后混合配制成水溶液，在水溶液中加入固体微粒三氧化二铝,机械搅拌至少30分钟,再超声振荡至少30分钟后,获得锌镍合金复合电刷镀溶液，溶液PH3-5。

刷镀方法包括在进行电刷镀之前对刷镀工件进行表面清洗，如进行电净（电化学除油）、活化（电化学除锈、除积碳），然后进行电刷镀，最后进行水洗、烘干的步骤。具体为，第一步：对刷镀工件进行表面清洗，包括电净（电化学除油）、活化（电化学除锈、除积碳）；第二步：使用前述的刷镀溶液对刷镀工件进行刷镀；第三步：对刷镀工件进行水洗和烘干。

第一步包括以下子步骤：首先进行电净，即用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压8V至15V对刷镀工件处理20秒至40秒，待刷镀工件上的水膜均匀推开后，用水冲洗；随后进行一次活化，即用活化液THY-2溶液，在反极性，电压8V至15V对刷镀工件处理15秒至30秒，待表面呈均匀的灰黑色后，用水冲洗；随后进行二次活化，即用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18 V至20V处理35秒至45秒，待表面呈均匀的银灰色后，用水冲洗。

第二步具体为：将刷镀工件与电刷镀机的负极接通，将镀笔与电刷镀机的正极接通，移动镀笔将前述的刷镀溶液刷镀到刷镀工件的欲镀表面上；所述电刷镀机的工作电压为8～12伏，所述镀笔相对于刷镀工件的移动速度为8米/分至15米/分，电流密度为20 A/dm²～40A/dm²。

在刷镀中，镀笔使用绒布包裹，且绒布的有绒毛的一面朝外，使用绒布包套，对镀层有抛光作用，镀层出光速度快。5分钟即可出光，镀层外观如镜面样光亮、稳定，即使在空气中长期存放仍保持特有的光泽。

锌镍合金复合电刷镀溶液采用上流循环搅拌法搅拌及连续供液，有利于获得均匀一致的镀层。

以下分别介绍三个具体的实施例。

实施例 1 ：

实施例1中的最终产品为表面镀覆有Zn-Ni- Al₂O₃复合镀层的镜面辊，该产品的Zn-Ni- Al₂O₃复合镀层中，以重量计Zn含量为 85 % ，Ni含量为 14.5 % , Al₂O₃含量为 0.5 % ，镀层的厚度为0.03 mm。

和前面介绍的类似，该镜面辊的表面电刷镀方法，包括在进行电刷镀之前对所述零部件进行清洗，即电净（电化学除油）、活化（电化学除锈、除积碳），然后进行电刷镀，最后进行水洗、烘干的步骤。

清洗步骤首先为电净，用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压12V下处理约30秒，待工件上水膜均匀推开后完成。然后用水冲洗。

随后为一次活化，用活化液THY-2溶液，在反极性，电压8V处理约20秒，待表面呈均匀的灰黑色后完成。然后用水冲洗。

随后为二次活化，用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18V处理约40秒，待表面呈均匀的银灰色后完成。然后用水冲洗。

清洗之后刷镀工作层。

用下述配方一的Zn-Ni- Al₂O₃刷镀溶液，移动镀笔将刷镀溶液刷镀到钢铁材料制刷镀工件的欲镀表面上，所述电刷镀机的工作电压为8V，电流密度约为20A/dm²。所述镀笔相对于钢铁材料的移动速度为15米/分。刷镀时间约6 min，刷镀速度0.005 mm/min。

刷镀溶液配方一：NiSO₄·7H₂O  100g / L、ZnSO₄·7H₂O  150g / L、酒石酸钾钠  50g / L、H3BO3为20g / L、α- Al₂O₃为3g / L， PH值3-5。

溶液的制备方法为:将NiSO₄·7H₂O、ZnSO₄·7H₂O、酒石酸钾钠、硼酸分别溶解于纯水中，最后混合配制成水溶液，在水溶液中加入固体微粒三氧化二铝,机械搅拌30分钟,再超声振荡30分钟后,获得锌镍合金复合电刷镀溶液；上述刷镀溶液配方的PH值检测为3-5。

实施例 2 ：

实施例2中的最终产品为表面镀覆有Zn-Ni- Al₂O₃复合镀层的阀门，该产品的Zn-Ni- Al₂O₃复合镀层中，以重量计Zn含量为 87 % ，Ni含量为 12.3 % , Al₂O₃含量为 0.7 % ，镀层的厚度为0.05mm。

和前面介绍的类似，该阀门的表面电刷镀方法，包括在进行电刷镀之前对所述零部件进行清洗，即电净（电化学除油）、活化（电化学除锈、除积碳），然后进行电刷镀，最后进行水洗、烘干的步骤。

清洗步骤首先为电净，用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压12V下处理约30秒，待工件上水膜均匀推开后完成。然后用水冲洗。

随后为一次活化，用活化液THY-2溶液，在反极性，电压12V处理约20秒，待表面呈均匀的灰黑色后完成。然后用水冲洗。

随后为二次活化，用活化液THY-3溶液，在反极性，电压20V处理约40秒，待表面呈均匀的银灰色后完成。然后用水冲洗。

清洗之后刷镀工作层。

用下述配方二的Zn-Ni- Al₂O₃刷镀溶液，移动镀笔将刷镀溶液刷镀到钢铁材料的欲镀表面上，所述电刷镀机的工作电压为10V，电流密度约为30A/dm²。所述镀笔相对于钢铁材料的移动速度为12米/分。刷镀时间约7 min，刷镀速度0.007 mm/min，镀层镜面光亮。

刷镀溶液配方二：NiSO₄·7H₂O  125g / L、ZnSO₄·7H₂O  175g / L、酒石酸钾钠  75g / L、H3BO3为25/升、α- Al₂O₃为4g / L，PH值3-5。

该溶液的制备方法为:将NiSO₄·7H₂O、ZnSO₄·7H₂O、酒石酸钾钠、硼酸分别溶解于纯水中，最后混合配制成水溶液，在水溶液中加入固体微粒三氧化二铝,机械搅拌30分钟,再超声振荡30分钟后,获得锌镍合金复合电刷镀溶液；上述刷镀溶液配方的PH值检测为3-5。

实施例 3 ：

实施例3中的最终产品为表面镀覆有Zn-Ni- Al₂O₃复合镀层的烘缸，该产品的Zn-Ni- Al₂O₃复合镀层中，以重量计Zn含量为 89 % ，Ni含量为 10 % , Al₂O₃含量为 1 % ，镀层的厚度为0.10mm。

和前面介绍的类似，该烘缸的表面电刷镀方法，包括在进行电刷镀之前对所述零部件进行清洗，即电净（电化学除油）、活化（电化学除锈、除积碳），然后进行电刷镀，最后进行水洗、烘干的步骤。

清洗步骤首先为电净，用电净液TGY-1溶液，在正极性、电压12V下处理约30秒，待工件上水膜均匀推开后完成。然后用水冲洗。

随后为一次活化，用活化液THY-2溶液，在反极性，电压12V处理约20秒，待表面呈均匀的灰黑色后完成。然后用水冲洗。

随后为二次活化，用活化液THY-3溶液，在反极性，电压18V处理约40秒，待表面呈均匀的银灰色后完成。然后用水冲洗。

清洗之后刷镀工作层。

用下述配方三的Zn-Ni- Al₂O₃刷镀溶液，移动镀笔将刷镀溶液刷镀到钢铁材料的欲镀表面上，所述电刷镀机的工作电压为12V，电流密度约为40A/dm²。所述镀笔相对于钢铁材料的移动速度为10-15米/分。刷镀时间约10 min，刷镀速度0.010 mm/min，镀层镜面光亮。

刷镀溶液配方三：NiSO₄·7H₂O 150g / L、ZnSO₄·7H₂O 200g / L、酒石酸钾钠  100g / L、H₃BO₃为30/升、α- Al₂O₃为5g / L，PH值3-5。

该溶液的制备方法为:将NiSO₄·7H₂O、ZnSO₄·7H₂O、酒石酸钾钠、硼酸分别溶解于纯水中，最后混合配制成水溶液，在水溶液中加入固体微粒三氧化二铝,机械搅拌30分钟,再超声振荡30分钟后,获得锌镍合金复合电刷镀溶液；上述刷镀溶液配方的PH值检测为3-5。

本发明并不限于前述实施方式，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，但只要其实现的功能与本发明相同或相似，均应属于本发明的保护范围。