CN102586827A - 一种在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了镁合金表面处理领域中的一种在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法。该方法包括打磨抛光、超声除油、碱洗、酸洗、活化、浸锌步骤及各步骤间的水洗，还包括由所述步骤处理后的镁合金进行电沉积锌和电沉积锡镍合金的步骤。该发明解决了镁合金的耐腐蚀性差，在空气中易被氧化和直接在镁合金表面电沉积困难的问题。具有镀液稳定性强，所得镀层电化学性能好、可焊性强、耐蚀性高、装饰性强的特点，不仅明显降低了成本，拓宽了镁合金的应用领域，且工艺流程简单，步骤易于控制，提高生产效率，适合工业化生产。由本发明制备的产品性能优异、成本低效益高、应用前景广阔、适宜进行推广。
Description
技术领域：本发明涉及一种镁合金表面制备合金镀层的方法，具体地说是在镁合金表面沉积耐蚀性强和装饰性好的防护装饰性镀层的方法。
背景技术：镁合金作为一种轻质合金材料，与当前的主流材料相比镁合金具有密度小、比强度高、铸造性强、电磁屏蔽性能优良及可回收等优良特点，现被广泛应用于航空航天、交通工具、光学仪器、电子通讯、计算机等行业。虽然镁合金的应用前景已较为广泛，但其耐蚀性差的缺点严重制约着镁合金的应用和推广。因此要扩大镁合金的应用范围，提高镁合金的耐蚀性成为一个关键的问题。从国内外研究来看,应用表面处理技术是改善其耐蚀性最为有效的方法。表面处理方法分为表面改性和表面涂层处理技术，主要包括金属涂层、阳极氧化、化学转化、气相沉积、激光改性等，一部分方法已经在工业上得到应用，但大多数方法还处于探索和改进阶段。镁合金表面防护性涂层各有其优缺点。化学转化膜投资少，但镁合金表面的不均匀性是形成均匀、无孔的转化膜层的最大困难，另外转化膜层的耐腐蚀性能和耐摩擦性能都不足以使其在恶劣条件下单独使用。阳极氧化是被广泛应用于镁合金的表面处理方法，但所得膜层的耐蚀性能还有待提高，而且表面膜很脆，不导电，所以不适合于负载或需要导电的应用场合。气相沉积、激光改性的方法比较环保，但其设备投资较大，膜层制备成本高。化学镀虽然成本较低，但镀液不够稳定且对人体有毒害，还需要进行严格的封闭处理。
发明内容：本发明的目的在于提供一种在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法。主要是克服现有技术存在的不足，提供一种简单有效的镁合金表面处理方法，在镁合金表面形成表面均匀、耐腐蚀强、具有良好导电性、可焊性以及具有高雅外观且镀液稳定性好、低成本镀层。
本发明的在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法：即是一种镁合金在电沉积锌镀液下制备电沉积锌过渡层，然后在锡镍电镀液下制备电沉积锡镍合金镀层的方法。它包括：打磨抛光、超声除油、碱洗、酸洗、活化、浸锌步骤及各步骤间的水洗，还包括将上述步骤处理后的镁合金进行电沉积锌和电沉积锡镍合金的步骤。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：
1、本发明将传统的电镀工艺与现代技术相结合，开发出一种在镁合金表面全程无毒电沉积工艺，解决了镀液、镀层性能不稳定和生产中带来的环境污染问题，充分体现了绿色环保的新一代化学研究理念，与现有技术相比具有突出的实质性特点与显著的进步。
2、本发明通过在浸锌基础上电沉积锌制备过渡层并以此替代氰化镀层，有效克服了直接在镁合金表面电沉积的困难。且能掩盖镁基体表面的缺陷，该过渡层能使镁基体及后续的镀层紧密结合，为获得理想的镀层创造良好条件。
3、本发明采取了在已形成锌过渡层的镁合金表面电沉积锡镍合金的技术方案，不仅使镁合金的耐蚀性与耐磨性得到显著提高，其装饰性能也得到了充分体现，而且解决了对镍这种传统装饰性材料的长期广泛应用带来的镍资源匮乏，从而使镍的价格不断上涨导致的高成本，它以锡镍合金镀层作为代镍镀层应用于材料保护，明显降低了成本，增加了收入，更提高了产品的可焊性和外观高雅的装饰性，同时也拓宽了镁合金的应用领域，更具有突出的实质性特点与显著的进步。
4、本发明工艺流程简单，步骤易于控制，提高生产效率，适合工业化生产。由本发明制备的产品性能优异、电化学性能好、成本低效益高、
应用前景广阔、适宜进行推广。
附图说明：
图1为在镁合金表面直流电沉积锌过渡层的表面形貌图；
图2为在镁合金表面脉冲电沉积锌过渡层的表面形貌图；
图3为在镁合金表面电沉积锡镍合金后的表面形貌图：
图4为镁合金脉冲锌及电沉积锡镍合金层电化学极化曲线图。
具体实施方式：本发明的在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法，是由打磨抛光（1）、超声除油（2）、碱洗（3）、酸洗（4）活化（5）、浸锌（6）、电沉积锌（7）、电沉积锡镍合金（8）及各步骤间的水洗工艺步骤组成。
打磨抛光（1）：是用600#，1500#水砂纸依次对镁合金工件进行打磨，使其平整光滑，初步除去表面氧化膜。
超声除油（2）：采用丙酮在室温下清洗10 min。若整个基体表面亲水、无水珠或不浸润的地方，则除油合格。
碱洗（3）：经丙酮初步除油后在碱性条件下进一步除油，镁的表面氧化膜发生了转变，氧化镁膜转变为氢氧化镁膜而使镁合金处于钝化区，阻止了除油工序中镁合金的腐蚀。该碱洗配方及参数为：氢氧化钠 50g/L、磷酸钠 10g/L、温度 70℃-80℃、碱洗时间为10 min。
酸洗（4）：酸洗能润湿平整表面，除油、脱脂、去除表面氧化物，使镁合金基体裸露出，形成易于除去的氧化物形成腐蚀点，加强机械互锁作用以提高结合力。所述酸洗液配方及工艺参数为：草酸10g/L，室温下酸洗1min。
活化（5）：在经过前几道工序处理后，避免在极短的时间内镁合金又会迅速生成氧化膜或钝化薄膜，因此需要进行活化处理。使镁合金表面产生一层氟化镁保护膜阻止镁基体免受处理液的进一步腐蚀。该活化处理配方及参数为：磷酸 (85%)20% ，氟化氢氨100g/L，室温下处理1min。
浸锌（6）：良好的浸锌层能与镁基体及后续的镀层良好结合，且能掩盖镁基体表面缺陷，有助于获得理想的镀层。浸锌过程的配方及工艺参数为:硫酸锌 50g/L、焦磷酸钠 120g/L 、氟化钠5g/L、碳酸钠 5g/L、温度70℃-80℃、时间10min、pH值10.2-10.4。
电沉积锌（7）：是将浸锌后的镁合金浸入电沉积锌镀液中进行处理。有两种方式即是直流电沉积或脉冲电沉积可任选其一。利用直流电沉积时，镀液pH值为7—9，温度控制在40—50℃，处理时间为15—20min，电流密度4—6A/dm2。采用脉冲电沉积时，除脉冲频率500Hz，脉冲占空比20%外其它工艺条件与所述直流电沉积条件相同。所述电沉积锌镀液是由氢氧化钠90—110g/L、氧化锌8—15g/L、三乙醇胺15—30g/L、DEP-Ⅲ 4—6 ml/L组成。具体实施例详见下表1。
表1电沉积锌镀液配比及电沉积条件
所述电沉积锡镍合金（8）：是将经电沉积锌（7）后的镁合金工件放入锡镍合金溶液中进行电沉积处理。处理过程中pH值为7—9，温度控制在40—50℃，时间依镀层厚度而定，一般为15—20min。电流密度：1.0—2.0 A/dm2。
所述电沉积锡镍合金溶液是由焦磷酸钾250-300g/L、硫酸镍35—50g/L、氯化亚锡30—45g/L、添加剂1—4g/L组成。具体情况详见下表2。
表2 电沉积锡镍合金溶液配比及电沉积条件
所述各步骤间的水洗是采用去离子水冲洗。
为了表明本发明所制备产品的性能，我们利用S—570型扫描电子显微镜(SEM)观察镀层的表面形貌。由图1镁合金直流电沉积锌过渡层（该镀层为表1第2组配方所获镀层）的表面形貌图；图2为镁合金脉冲电沉积锌过渡层（该镀层为表1第2组配方所获镀层）的表面形貌图可以看出脉冲镀层的表面形貌同直流镀层相比，孔隙明显减少，镀层的晶粒明显细化。采用脉冲电沉积锌比直流电沉积锌更适合做过渡层应用于镁合金电沉积过程锡镍合金中。而图3是以脉冲电沉积锌做过渡层再电沉积锡镍合金（表2中第3组配方所获镀层）的表面形貌图，可以看出镀层表面平整、均匀致密，能明显提高镁合金的耐蚀性，并通过基体及两种镀层动电位极化曲线评价镀层的耐蚀性能得到进一步的证实（见图4镀层在3.5%氯化钠溶液中的Tafel曲线）。图4中所有电化学测试均采用荷兰Autolab电化学工作站，在3.5wt.%氯化钠中性腐蚀溶液中于室温(25℃)下进行。极化曲线，以试样为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极；极化曲线扫描速度为1mV/s，测试前在开路电压下浸泡10min，以保证测试过程稳定。测试结果见下表3。
表3
通过测试结果进一步表明：经过电沉积锌之后镁合金的耐蚀性明显提高，且镀层仅有5μm，镀层薄却有较好的耐蚀性。因为镁合金属于难施镀金属，锡镍合金不能直接电沉积到镁合金基体上。在电沉积锡镍合金之前，电沉积锌，能使锡镍合金很容易电沉积到镁合金上且结合牢固形成一体。经过电沉积锡镍合金后耐蚀性再次得到提高，镀层厚度达12μm，可见经过电沉积锡镍合金使镁合金耐蚀性得到显著增强。而且所有实施例均达到涂膜附着力测试标准GB／T9286—1998国家1级标准。
Claims (3)
1.一种在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法，它包括打磨抛光（1）、超声除油（2）、碱洗（3）、酸洗（4）活化（5）、浸锌（6）步骤及各步骤间的水洗，其特征在于：该方法还包括将上述步骤处理后的镁合金进行电沉积锌（7）和电沉积锡镍合金（8）的步骤。
2.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法，其特征在于：所述电沉积锌（7）是将经浸锌（6）工艺处理后的镁合金浸入由氧化锌8—15g/L，氢氧化钠90—110g/L，三乙醇胺15—30g/L、DEP-Ⅲ 4—6 ml/L组成的电沉积锌镀液中进行处理。
3.根据权利要求1所述的在镁合金表面制备锡镍合金镀层的方法，其特征在于：所述电沉积锡镍合金（8）是将电沉积锌（7）处理后的镁合金再浸入由焦磷酸钾250—300g/L、硫酸镍35—50g/L、氯化亚锡30—45g/L、氨基乙酸1—4g/L组成的溶液中进行处理。
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