一种锌镍合金纳米多层膜电镀方法

摘要

本发明公开了一种在钢铁零部件表面镀覆锌镍合金纳米多层膜镀层的方法，属钢铁零部件及金属材料表面处理技术领域。电镀是以Ni及Zn的盐为主盐，控制Ni、Zn盐含量及pH值、电流密度，获得锌镍合金纳米多层膜镀层。具有不需要镀后处理工艺，节约成本，高效快捷，方便操作、工艺简单、安全，镀层硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温性高，致密性、装饰性、综合性能好等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钢铁零部件表面镀覆锌镍合金纳米多层膜的方法，属钢铁零部件及金属材料表面处理技术领域。

背景技术

腐蚀与防腐关系到经济发展和人民生命安全，表面工程技术是解决机械零部件及材料腐蚀与防护最经济有效的手段和方法。随着现代工业和科学技术的飞速发展，对机械零部件和材料表面的性能要求越来越高，表面处理技术也随之有了迅速的发展。表面工程技术可以使用化学、物理或电化学方法来对零部件或材料表面进行处理，使其表面形成各种防护层，提高零部件或材料的使用寿命。合金复合表面沉积(电沉积或化学沉积)因其与单金属表面沉积相比具有较高的耐蚀性、硬度、致密性、耐磨性、耐高温性、易焊性及漂亮的外观，而得到了广泛的应用。

近年来，人们对研发纳米多层膜给予了极大关注。在不断完善电沉积纳米多层膜的基础上，开发出了Cu/Ni、Co/Cu、Co/Pt等性能较好的纳米多层膜产品及工艺，但多做为磁性能的研究，在镀层耐蚀性能方面的研究鲜见报道。

锌镍合金镀作为钢铁的防护性镀层，得到了广泛应用。为了满足对零部件或材料性能更高要求，国内外都加大了对Zn-Fe、Zn-Ni、Sn-Zn、Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Cr、Zn-Ti、Zn-Co-Cr、Zn-Co-Fe、Zn-Ni-P、Zn-Fe-P等锌基合金镀的研究与应用，其中锌镍合金多层膜因具有很好的耐蚀性，因此被众多机构进行研究。

由于锌镍合金的沉积属于异常共沉积，传统的观点认为当锌镍合金镀层中镍含量达到13％时，镀层的耐蚀性最好，所以常规的锌镍合金添加剂主要解决的问题就是设法将异常共沉积的锌镍合金电解液，在施镀时，控制镀层中镍含量在到13％附近，但是这样的添加剂对于沉积多层膜是有害的。多层膜沉积要求的是在不同的沉积电流下在同一镀液中实现镀层中镍含量的改变，以达到在交替脉冲时实现不同的含镍层的迭加实现多层化，同时保证镀层的外观光洁平整，具有一定的装饰性。镀层耐蚀性较好，具有较高的硬度(相对于常规锌镍合金镀层而言)，耐磨性，且不需要镀后处理工艺，节约成本，高效快捷，方便操作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种不需要钝化处理就可获得高耐蚀性、耐磨性镀层，工艺简单、安全的钢铁零部件锌镍合金纳米多层膜表面电镀方法，利用该方法既可获得较高硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性能，又可获得高致密性、装饰性(外观)、综合性能优良的锌镍合金纳米多层膜镀层。

本发明的技术内容为：该表面镀覆有镀层的钢铁零部件，其镀层为锌镍合金纳米多层膜镀层，镀层中以重量计低镍层镍含量为14％左右，高镍层镍含量为78％左右。镀层厚度及各元素含量根据实际需要在给定范围内确定。

该钢铁零部件表面电镀方法，包括在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电镀液搅拌或静置下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干的步骤；所述电镀液包含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，电镀液组成为：NiCl₂·6H₂O 100～180g/L、ZnCl₂20～80g/L、NH₄Cl 180～220g/L、H₃BO₃20～40g/L、添加剂0.5～5g/L；添加剂为平平加、糖精、十二烷基硫酸钠等中的一种或几种的任意组合。镀液的pH值为3~5，电镀供电方式为输出脉冲供电，具体参数为：控制平均电流密度为0.3A、第一个脉冲占空比为0.01，工作时间20s，第二个脉冲的占空比为0.5，工作时间40s，反向脉冲输出平均电流都是0.2A，占空比均为0.1，工作时间10s；温度为室温。

各组成物的含量或选取等工艺参数及施镀时间可根据实际所需镀层厚度、硬度、致密度等在给出范围内具体选择。

该电镀用电解液包含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，其组成为：NiCl₂·6H₂O 100～180g/L、ZnCl₂20～80g/L、NH₄Cl180～220g/L、H₃BO₃20～40g/L、添加剂0.5～5g/L。添加剂为平平加、糖精、十二烷基硫酸钠等中的一种或几种的任意组合。

各组成物的含量或选取等工艺参数可根据实际需要在给定范围内具体选择。

本发明采用锌镍合金纳米多层膜迭层镀层，从而使镀层的硬度、耐磨性、大幅提高；而且由于电镀镀液中Ni²⁺的数量大，使镀层中Ni含量较大，使镀层外观光亮，具有的良好的致密性与装饰性(外观)的优点。在酸性介质中，镀层与介质的反应主要是锌、镍与H⁺的反应，镀层的耐蚀性主要取决于基质金属镍与H⁺反应的快慢程度，而镍在酸中的活性比锌差，所以镀层中较高的Ni含量使其对酸的耐蚀性提高。多层合金镀层交替存在，减缓了了镀层的腐蚀速度，又可以阻碍空气中的O₂向镀层中渗透，从而较大幅度地减缓了Zn(OH)₂、Ni(OH)₂和Fe(OH)₃的生成，使镀层耐蚀性大大提高。由于镀层中较高的Ni含量的作用，使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。

因此，该表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜具有硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性、致密性及综合性能高的优点。此外，所使用的电镀工艺及电解液具有不需要镀后处理工艺，节约成本，高效快捷，方便操作的优点。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、电镀在电镀液搅拌或静置下进行，在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干。采用的电镀液含有作为主盐的Ni盐及Zn的盐、作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，如电镀液组成为：NiCl₂·6H₂O 100～180g/L、ZnCl₂20～80g/L、NH₄Cl 180～220g/L、H₃BO₃20～40g/L、添加剂0.5～5g/L；添加剂为平平加、糖精、十二烷基硫酸钠等中的一种或几种的任意组合。镀液的pH值为3～5，电镀供电方式为输出脉冲供电，具体参数为：控制平均电流密度为0.3A、第一个脉冲占空比为0.01，工作时间20s，第二个脉冲的占空比为0.5，工作时间40s，反向脉冲输出平均电流都是0.2A，占空比均为0.1，工作时间10s；温度为室温。

各组成物的含量或选取等工艺参数及施镀时间还可根据实际所需镀层厚度、硬度、致密度等在给出范围内具体选择。

实施例1：表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜的钢板，其镀层为锌镍合金纳米多层膜，镀层中以重量计低镍层的镍含量为14.07％、高镍层的镍含量含量为77.35％，镀层的厚度为(8～9)×10^-3mm。

具体步骤为：将钢板在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并对电解液搅拌或静置，在进行电解之后从电解液中取出零部件进行水洗，烘干。镀液的pH值为3.5，施镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间为25分钟。

电解液含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，其具体组成为：NiCl₃·6H₂O 140g/L、ZnCl₂50g/L、NH₄Cl 220g/L、H₃BO₃30g/L、平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸钠0.03g/L。

实施例2：表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜的螺帽，其镀层为锌镍合金纳米多层膜，镀层中以重量计低镍层的镍含量为14.20％、高镍层的镍含量含量为76.8％，镀层的厚度为7.5×10^-3mm。

该螺帽的表面电镀方法，包括螺帽在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并对电解液搅拌或静置，在进行电解之后从电解液中取出零部件进行水洗，烘干。镀液的pH值为3.5，施镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间为20分钟。

电解液含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，其具体组成为：NiCl₂·6H₂O 140g/L、ZnCl₂50g/L、NH₄Cl 220g/L、H₃BO₃30g/L、平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸钠0.03g/L。

实施例3：表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜的泵室内衬，其镀层为锌镍合金纳米多层膜，镀层中以重量计低镍层的镍含量为13.9％、高镍层的镍含量含量为77.5％，镀层的厚度为8.5×10^-3mm。

该泵室内衬的表面电镀方法，包括泵室内衬在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并对电解液搅拌或静置，在进行电解之后从电解液中取出零部件进行水洗，烘干。镀液的pH值为3.5，施镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间为30分钟。

电解液含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH₄Cl、作为缓冲剂的H₃BO₃，其具体组成为：NiCl₂·6H₂O 140g/L、ZnCl₂50g/L、NH₄Cl 220g/L、H₃BO₃30g/L、平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸钠0.03g/L。

本发明锌镍合金纳米多层膜镀层与Zn、Zn-Ni镀层在5％NaCl溶液中耐蚀性的比较结果(等厚度)：

  镀层类别  开始生锈时间/h  Zn  13  Zn-Ni(Ni％＝13.2％)  66  锌镍合金纳米多层膜³  172