一种在锆铝合金表面化学镀镍磷的方法

一种在锆铝合金表面化学镀镍磷的方法

专利名称：一种锆铝合金表面化学镀镍磷的方法

技术领域：

本发明涉及一种锆铝合金表面化学镀镍、磷的方法，属于合金表面涂层强化处理技术领域。

背景技术：

1824年，实验室量级的锆首次被分离出来，从此锆便进入了人们的视野，受到了广泛的关注。目前，锆已被广泛应用于电子工业中作为残余气体的吸收剂、真空管部件的制造等许多领域。其良好的耐腐蚀性能使它可被用来制作手术器械、化工设备、电器零件、珠宝首饰等。锆粉可用于闪光灯粉、闪光信号、烟花、雷管等。锆的热中子吸收截面小，耐腐蚀性能好，热导率高，锆合金已广泛用作核工业燃料包壳材料。锆具有优良的耐腐蚀性能、抗辐射性能，膨胀系数小，组织和尺寸稳定，储量丰富，有望在空间有源结构部件中取代不锈钢和GCR15，以抵抗空间辐射、原子氧、低温和交变温度的影响。 但纯锆（Zr）的抗拉强度仅为，腐蚀性能很不稳定，不能满足作为结构件的使用要求。添加少量合金元素Al制备锆铝合金，在锆基体中形成强化相，可显著提高锆合金的力学性能，满足空间结构件的性能要求。锆合金在高温高压去离子水中的腐蚀通常分为两个阶段，腐蚀初期，表面生成致密的黑色氧化膜，随时间延长腐蚀速率越来越低；随后腐蚀速率突然增大，生成无保护作用的白色氧化膜。因此，需要对锆合金进行表面处理，提高其耐腐蚀性能。作为空间结构件，还要求保持一定的耐磨性。现有技术中，提高锆合金耐腐蚀性能的方法通常是采用合金化的方法。 添加适量的Sn可以抑制N的不利影响，并在一定程度上中和碳和铝的影响；添加少量的i^、Cr或Ni可以延缓快速腐蚀发生的时间，但目前还未见对锆合金进行表面处理以提高其耐腐蚀性能的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种锆铝合金表面化学镀镍、磷的方法，提高锆铝合金的耐磨性、耐腐蚀性，使锆铝合金获得良好的综合性能。本发明是通过如下技术方案实现的：本发明的方法包括以下步骤：(1)将锆、铝按比例混合后经过反复冶炼，使其成分均匀，得到锆铝合金；(2)将制备好的锆铝合金丝材截成一定的尺寸，依次用280、600、800、1000目的砂纸打磨；

抛光使合金表面平整、光亮； (3)将得到的锆铝合金试样依次浸入去离子水和丙酮中​​，再放入超声波清洗器中清洗5-lOmin，再放入温度为50～60℃、质量浓度为40～60g/L的NaOH溶液中碱洗10～15min，再用去离子水冲洗； (4)酸洗粗化：将步骤(3)得到的试样放入体积比为5(30～45)(50～65)的HF:HNO3:H2O的混合溶液中，酸洗粗化10～30s，再用去离子水冲洗；

（5）磷化或浸锌处理①磷化处理液组成如下：正磷酸10-25g/L、硫酸锌20-50g/L、NaF 1-3g/L、有机硫0.1-0.3g/L；控制pH值2-3，温度40-55℃，时间1！Min；用去离子水冲洗；②浸锌处理液组成如下：硫酸锌25-35g/L、焦磷酸钠110-130g/L、碳酸钠4-7g/L；控制pH值9-11，温度70-85℃，时间5-12min，用去离子水冲洗； (6)化学镀镍磷方法有以下两种方法①采用中性化学镀液组成如下：主盐硫酸镍15-25g/L、还原剂次磷酸钠35-45g/L、硫酸铵30-50g/L、乙酸钠30-50g/L、醋酸铅0.5-1。5mg/L；控制pH值6-7，温度70-80℃，时间40-60min；②或采用酸性化学镀液组成如下：主盐硫酸镍20-35g/L、还原剂次磷酸钠20-40g/L、乳酸15-25g/L、乙酸钠30-40g/L；控制pH值4-5，温度70-85℃，时间40-60min； (7)用去离子水冲洗，吹干，即可得到表面光亮致密、与基体结合牢固、厚度为10～20μm的镍磷镀层。本发明所取得的有益效果是：本发明适用性广，不同成分的锆铝合金经磷化、浸锌处理后，再通过化学镀，均可得到表面光亮致密、与基体结合牢固、耐蚀性、耐磨性优良的镍磷镀层。

具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，以下实施例在本发明技术方案的前提下，给出了详细的实施方法和具体操作过程，但本发明的保护范围并不局限于以下实施例。实施例1 (1)将锆和铝（其中铝的质量分数为8.8%）按比例混合，反复冶炼，使成分均匀，得到锆铝合金； (2)将制备好的锆铝合金丝材截切成15×5×3mm大小； (3)配制镍磷化学镀液，镀液化学成分为：主盐硫酸镍20g/L、还原剂次磷酸钠40g/L、硫酸铵40g/L、乙酸钠40g/L、醋酸铅1mg/L； （4）锆铝合金进行机械抛光，依次用400、600、800、1000目砂纸对表面进行抛光，使表面

(5)然后进行碱洗，进一步去除锆合金表面的油脂，碱洗溶液为60g/L氢氧化钠溶液，加热至60℃后放入锆铝合金中浸泡10min，然后用去离子水冲洗、吹干；(6)然后进行酸洗，酸洗液配方为氢氟酸、硝酸和水的体积比为5:35:60，酸洗时间为20s，然后用去离子水冲洗、吹干；(7)然后进行磷化，磷化液配方为：15g/L磷酸、40g/L硫酸锌、1.5g/L氟化钠、0.15g/L硫脲，温度45℃，pH值2.5，时间3min，磷化完成后用去离子水冲洗、吹干； (8)然后进行化学镀镍磷工艺程序，将上述处理过的锆合金放入步骤（）中配制的化学镀液中，控制温度在80℃左右，调节溶液的pH值在6.8左右，镀层时间为60min； (9)然后用去离子水冲洗，吹干，即可得到均匀的具有金属光泽的镍磷合金镀层，镀层厚度为15～20μπι。实施例2 (1)将质量分数为8.0%铝的锆和铝按比例配制，反复冶炼，使成分均匀； (2)本实施例的镀液配方及步骤（2）、（3）、（4）、（5）、（8）除步骤（6）、（7）外，其余与上述实施例1完全相同。本实施例步骤（6）所采用的酸洗溶液与实施例1相同，不同之处在于时间为10s。本实施例步骤（7）为锌浸锌，浸锌溶液由30g/L硫酸锌、120g/L焦磷酸钠、5g/L碳酸钠的水溶液组成，pH=10。加热至80℃，置于锆铝合金中10min。本实施例可在锆铝合金表面得到具有金属光泽的镍磷合金镀层，镀层厚度为15-20μm。实施例3本实施例与上述实施例1的工艺和步骤完全相同，只是其化学镀液的配方不同。本实施例镀液的化学成分为主盐硫酸镍29g/L还原剂次磷酸钠30g/L乳酸20g/L醋酸钠35g/L。 然后其工艺及步骤与实施例1中的（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）完全相同，化学镀镍pH值调节为4.5左右，温度控制在75℃，镀层时间为60min，最终本实施例锆合金表面可得到具有金属光泽的镍磷合金镀层，镀层厚度为15-20μm。

实施例4 (1)将质量分数为8.4％的锆和铝按比例混合后反复冶炼，使其成分均匀； (2)将制备好的锆铝合金丝截切成12×5×3mm的尺寸； (3)配制镍磷化学镀液，其化学成分为：主盐硫酸镍30g/L，还原剂次磷酸钠35g/L，乳酸20g/L，乙酸钠30g/L； (4)依次用400、600、800、1000目砂纸对锆铝合金进行机械抛光，使其表面平整光亮，再超声波清洗。 超声波清洗是将锆合金依次浸入去离子水和丙酮中​​，然后放入超声波清洗器中清洗5分钟，去除油脂，用去离子水冲洗后吹干； (5)然后进行碱洗，进一步去除锆合金表面的油脂；碱洗溶液为60g/L氢氧化钠溶液，加热到60℃后放入锆铝合金中浸泡10分钟，然后用去离子水冲洗后吹干； (6)然后进行酸洗，酸洗溶液配方为氢氟酸、硝酸和水的体积比为5 40 55，酸洗时间10s，然后用去离子水冲洗后吹干； (7)然后进行浸锌处理，浸锌溶液组成为：32g/L硫酸锌、115g/L焦磷酸钠、6g/L碳酸钠水溶液，pH=9.5，加热至75℃，投入锆铝合金，浸锌时间10min。 (8)然后进行化学镀镍磷工艺，将处理后的锆合金放入步骤C3)配制的化学镀液中，控制温度在80℃左右，调节溶液的pH值为4.8左右，镀层时间为50min； (9)然后用去离子水冲洗并吹干，即可得到均匀的具有金属光泽的镍磷合金镀层，镀层厚度为15-20μm。

权利请求

1.一种锆铝合金表面化学镀镍磷的方法，其特征在于包括如下步骤： (1)将锆、铝按比例配制后经过多次熔炼，使成分均匀，得到锆铝合金； (2)将配制好的锆铝合金丝截成一定尺寸，依次用280、600、800、1000目的砂纸打磨，使合金表面光滑亮丽； (3)将得到的锆铝合金样品依次浸入去离子水、丙酮中，再放入超声波清洗器中清洗5～10分钟，再放入温度为50～60℃、质量浓度为40～60g/L的NaOH溶液中进行碱洗10～15分钟，再用去离子水冲洗干净； (4)酸洗粗化：将步骤(3)得到的试样放入体积比为5(30～45)(50～65)的HF、HNO3和H2O的混合溶液中进行酸洗粗化，保持10min～30s，用去离子水冲洗； (5)磷化或浸锌处理 ①磷化处理溶液组成如下：正磷酸10～25g/L、硫酸锌20～50g/L、NaF1～3g/L、有机硫0.1～0.3g/L；控制pH2～3、温度40～55℃、时间1～25min；用去离子水冲洗； ②浸锌处理溶液组成如下：硫酸锌25～35g/L、焦磷酸钠110～130g/L、碳酸钠4～7g/L； 控制pH值9～11，温度70～85℃，时间5～12min，用去离子水冲洗；（6）化学镀镍磷方法有以下两种方法①采用中性化学镀液成分如下：硫酸镍15～25g/L、还原剂次磷酸钠35～45g/L、硫酸铵30～50g/L、乙酸钠30～50g/L、醋酸铅0.5～1.5mg/L；控制pH值6～7，温度70～80℃，时间40～60min；②或采用酸性化学镀液，成分如下：主盐硫酸镍20～35g/L、还原剂次磷酸钠20～40g/L、乳酸15～25g/L、乙酸钠30～40g/L； 控制pH4-5，温度70-85℃，时间40-60min；（7）用去离子水冲洗并吹干，即可获得表面光亮致密、与基体结合牢固的镍磷镀层，厚度为10-20μm。

全文摘要

本发明公开了一种锆铝合金表面化学镀镍磷涂层的方法，包括以下步骤：（1）按一定比例制备锆和铝，然后反复熔化，使成分均匀；（2）将制备好的锆铝合金丝材切成一定尺寸，依次用不同细度的砂纸打磨，再经去离子水、丙酮超声波清洗后碱洗；（3）将试样置于HF、HNO3、H2O混合溶液中，时间10～30秒；（4）磷化或浸锌处理；（5）化学镀可为中性或酸性化学镀。本发明可在锆合金表面制备出厚度为10～20μm的均匀致密的镍磷涂层，显著提高锆合金的耐磨、耐腐蚀性能。 该方法适用性广，不同成分的锆铝合金均可获得光亮致密、与基体结合牢固、耐蚀性、耐磨性的镍磷镀层，特别适合形状复杂的零件的强化处理。

文件号码/

公开日期 2011 年 10 月 19 日 申请日期 2011 年 5 月 31 日 优先权日期 2011 年 5 月 31 日

发明人：郭栋、李建辉、李强、毛蕾、马静申请人：河北科技大学