一种镁或镁合金表面热浸镀锡或锡基合金的方法

摘要

本发明涉及一种镁或镁合金表面热浸镀锡及锡基合金的方法，属于镁合金表面处理领域。该方法在镁或镁合金表面通过化学处理预镀镍保护层，阻止基体的氧化及在助镀时与助镀剂反应，经过助镀后热浸镀低熔点合金(如锡、锡基合金等)，最后对工件热处理提高表面镀层的质量。该方法获得的镀层连续、均匀，具有一定的耐磨性、减磨性和耐腐蚀性能，同时锡层又具有低电阻率和良好的钎焊性能。热浸镀工艺是一种成熟可靠的工艺，便于实际生产和应用。

说明书

技术领域

本发明涉及镁或镁合金表面处理，采用热浸镀锡及锡基合金等低熔点合金的方法，改变镁合金的表面特性使镁合金表面具有防腐、耐磨等特性。

背景技术

镁不仅具有比重小、比强度和比刚度高、热导电性能好等特点，还兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，已成为现代汽车、电子、通讯等行业的首选材料。但是镁合金不耐腐蚀、耐磨性差等问题限制了其应用的范围。因此适当的表面处理以增强镁合金的耐蚀性具有重要的现实意义。

目前主要的处理方法有：化学转化处理、阳极氧化、电化学镀、有机涂层、激光表面处理和离子注入等。以上方法很大程度上解决了镁合金的一些问题，但也存在一定的不足，如化学转化、阳极氧化并不能阻止镁的腐蚀；有机涂层钎焊性差，燃烧时放出有害气体；电化学镀镀液不稳定，镀层结合力差或者厚度薄；激光表面处理以及离子注入设备昂贵，目前正处于研究状态。

热浸镀工艺目前主要用于钢铁的保护，一般认为，由于镁的活性及耐热性问题，热浸镀工艺用于镁合金不可取。但目前工业热浸镀锡温度在300℃，浸镀时间短，而且获得的镀层有一定的耐腐蚀性和减磨性，且镀层光亮美观易涂饰，兼有导电性、钎焊性等优点。如果能解决镁表面氧化层问题，完全可以采取热浸镀工艺对镁及其制品进行保护。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种镁或镁合金表面处理方法，该法使镁或镁合金表面具有防腐、耐磨、导电等特性，适用于计算机，汽车及航空航天等元器件制品。为阻止镁的氧化及在助镀时与助镀液的有效成份发生反应，本工艺采取在镁、镁合金表面短时间预镀镍层，为增加工件与镀液的湿润性，在热浸镀前先浸助镀液，然后根据需要，热浸镀低熔点合金，以获得所要的理化性能。本发明在镁或镁合金表面热浸镀锡及锡基合金，该工艺获得的锡基合金镀层具有一定的耐蚀性和减磨、耐磨性，在承受冲击载荷时不会剥落或破碎，同时钎焊性、导电性好，还可提高镁或镁合金表面的可涂饰性。

本专利的具体步骤是这样实现的：

对镁或镁合金前处理后化学镀镍，然后热浸镀锡基合金。该方法依以下步骤进行：

a、对镁或镁合金工件进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化，将工件置于活化液中8～10分钟；

c、镀镍，将上述活化的样品置于碱性镀镍镍液中镀10～30分钟；

(以上各步骤间用蒸馏水清洗)

d、助镀，将镀镍后的样品于助镀液中助镀2～5分钟；

e、烘干，将助镀后的工件150～250℃烘干5～15分钟；

f、热镀，将锡或锡基合金加热融化，在290～410℃进行热浸镀，热浸镀时间5～30秒，可根据所需厚度按此法多次浸镀；

g、热扩散，将工件在210～230℃热处理，处理时间40～120分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量；

上述方法中，活化液为氢氟酸溶液，每升活化液含有质量分数40％的氢氟酸300ml。

上述方法中，镀镍的具体步骤为：将活化后的工件用水清洗干净，置于碱性镀镍镍液当中，且碱性镀镍镍液的温度控制在78～85℃之间，PH值保持在6.0～7.0；碱性镀镍镀液成份：碱式碳酸镍12g/L，次亚磷酸钠20g/L，柠檬酸钠6g/L，氟化氢铵10g/L，质量分数40％的氢氟酸12ml/L，硫脲0.2mg/L。

上述方法在中，助镀的具体步骤为：将镀镍后的镁合金用水清洗干净，置于助镀液中助镀，取出烘干，烘干后肉眼观察助镀液有效成份应完全覆盖工件表面，如有未覆盖面，需适当延长助镀时间直至完全覆盖镁合金表，否则可能会出现漏镀现象；助镀液配方为：氯化锌700g/L和氯化氢氨36g/L，或氯化锌700g/L和质量分数38％的盐酸100ml/L。

经上述处理后可在工件表面获得均匀的镀层。

本发明获得的镀层具有以下优点：

1、本工艺获得的锡层光亮平整，可涂饰性强，镀层厚度为20～50微米，钎焊性能、导电性能良好，适用于计算机、汽车等电子元器件等制品。

2、本工艺获得的锡基合金镀层是一种良好的减磨、耐磨、耐蚀材料，可使镁合金运用于一些活动构件，拓展镁合金的应用范围。

3、镀层经过热处理后形成了Ni-Sn合金层，增加了镀层的结合力和硬度。

4、镀层不含有机物，燃烧时不会释放出有害物质。

5、本工艺不受工件尺寸大小形状的影响，设备简单，工艺参数容易控制，便于推广。

附图说明

图1本发明的工艺流程图

图2实例一AZ91D镁合金工件的截面金相图

图3实例一AZP1D镁合金工件XRD相组成分析

具体实施方式

下面结合工艺实例及附图对本发明做进一步的详细说明。

实例一：

步骤如下：

a、将AZ91D镁合金工件(30×20×3mm)进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化处理，将工件置于活化液中8分钟；

c、对镁合金预镀镍，将上述活化的样品置于碱性镍液中镀15分钟，镀液温度为78～82℃；

d、助镀，将镀镍后的样品浸助镀液(氯化锌700g/L和质量分数38％的盐酸100ml/L)中助镀2分钟；

e、烘干，将助镀后的工件250℃烘干5分钟；

f、热镀，将锡合金加热融化，在290～310℃时热浸镀，将工件进行热浸镀10秒，取出；

g、热扩散，将工件220°热处理60分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量。

实例表明：用该工艺在整个工件表面得到了光亮平整的锡层。如图二，镀层内层为镍层，在光学显微镜(240×)测得镍层厚为3～5μm，中间层为镍锡化合层Ni₃Sn₄，厚为8～12μm，外层为光亮的锡层厚10～15μm，镀层相分析见图三。工件在质量分数5％的NaCl溶液中浸泡36小时未出现腐蚀点，而镁合金在0.5小时表面就开始腐蚀，耐腐蚀性明显提高。

实例二：

步骤如下：

a、对AZ31镁合金工件(30×20×3mm)进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化处理，将工件置于活化液中8分钟；

c、镀镍，将上述活化的样品置于碱性镍液中镀15分钟；

d、助镀，将镀镍后的样品浸助镀液(氯化锌700g/L和氯化氢氨36g/L)中助镀2分钟；

e、烘干，将助镀后的工件250℃烘干5分钟；

f、热镀，将锡加热融化，在330～350℃进行热浸镀，将工件进行热浸镀20秒，取出；

g、热扩散，将工件220°热处理60分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量。

实例表明：用该工艺在整个工件表面得到了光亮平整的锡层，镀层内层为镍层，厚4～6μm，中间层位镍锡化合层厚为8～12μm，外层为光亮的锡层厚10～12μm。工件在质量分数5％的NaCl溶液中浸泡36小时未出现腐蚀点。

实例三：

步骤如下：

a、对纯镁工件(20×20×10mm)进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化处理，将工件置于活化液中8分钟；

c、镀镍，将上述活化的样品置于碱性镍液中镀15分钟；

d、助镀，将镀镍后的样品浸助镀液(氯化锌700g/L和氯化氢氨36g/L)中助镀2分钟；

e、烘干，将助镀后的工件250℃烘干5分钟；

f、热镀，将锡加热融化，在330～350℃时热浸镀，将工件进行热浸镀20秒，取出；

g、热扩散，将工件220°热处理90分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量。

实例表明：用该工艺在整个纯镁工件表面得到了光亮平整的锡层，镀层内层为镍层，厚4～6μm，中间层位镍锡化合层厚为8～12μm，外层为光亮的锡层厚10～15μm。工件在质量分数5％的NaCl溶液中浸泡36小时未出现腐蚀点。

实例四：(热浸镀锡合金：锡基巴氏合金)

步骤如下：

a、对AZ91D(30×20×3mm)镁合金进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化处理，将镁合金置于活化液中8分钟；

c、镀镍，将上述活化的镁合金样品置于碱性镍液中镀15分钟。

d、助镀，将镀镍后的样品浸助镀液(氯化锌700g/L和质量分数38％的盐酸100g/L)中助镀2分钟；

e、烘干，将助镀后的工件250℃烘干5分钟；

f、热镀，将锡基巴氏合金加热融化，在390～410℃时热浸镀，将工件进行热浸镀15秒，取出；

g、热扩散，将工件220℃热处理60分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量。

实例表明：用该工艺在镁合金表面得到了有减磨、耐磨的巴氏合金层，镀层内层为镍层，厚4～6μm，镍锡化合物层与巴氏合金层结合良好，厚为18～20μm，工件在质量分数5％的NaCl溶液中浸泡18～20小时出现腐蚀点，比镁合金耐腐蚀性有很大的提高。

实例五：(热浸镀锡合金：锡基巴氏合金)

步骤如下：

a、对AZ31镁合金(30×20×3mm)工件进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化处理，将镁合金置于活化液中8分钟；

c、镀镍，将上述活化的镁合金样品置于碱性镍液中镀15分钟。

d、助镀，将镀镍后的样品浸助镀液(氯化锌700g/L和氯化氢氨36g/L)中助镀2分钟；

e、烘干，将助镀后的工件250℃烘干5分钟；

f、热镀，将锡基巴氏合金加热融化，在390～410℃时热浸镀，将工件进行热浸镀15秒，取出；

g、热扩散，将工件230℃热处理40分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量。

实例表明：用该工艺在镁合金表面得到了有减磨、耐磨的巴氏合金层，镀层内层为镍层，厚4～6μm，镍锡化合物层与巴氏合金层结合良好，厚为18～20μm，工件在质量分数5％的NaCl溶液中浸泡18～20小时出现腐蚀点。

实例六：(热浸镀锡合金：锡基巴氏合金)

步骤如下：

a、对纯镁(20×20×10mm)工件进行前处理，包括碱洗和酸洗；

b、活化处理，将镁工件置于活化液中8分钟；

c、镀镍，将上述活化的样品置于碱性镍液中镀15分钟。

d、助镀，将镀镍后的样品浸助镀液(氯化锌700g/L和质量分数38％的盐酸100g/L)中助镀2分钟；

e、烘干，将助镀后的工件250℃烘干5分钟；

f、热镀，将锡基巴氏合金加热融化，在390～410℃时热浸镀，将工件进行热浸镀15秒，取出；

g、热扩散，将工件210℃热处理120分钟，增加镀层结合力和获得更好的表面质量。

实例表明：用该工艺在镁工件表面得到了有减磨、耐磨的巴氏合金层，镀层内层为镍层，厚4～6μm，镍锡化合物层与巴氏合金层结合良好，厚为18～20μm，工件在质量分数5％的NaCl溶液中浸泡18～20小时出现腐蚀点。