专利名称：一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属材料表面处理领域，具体涉及一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺。
背景技术：
镀锌层目前普遍用于钢铁表面的防护，主要是因为钢铁表面镀锌层属于阳极性镀层，对钢铁基体有电化学保护作用，能有效地防止钢铁被腐蚀。但随着科学技术和现代工业的发展，对防护性镀层的质量要求也越来越高，传统的锌镀层已不能完全满足要求。近几年来，电镀锌合金的研究与应用得到了广泛的重视。电镀锌合金有锌钴、锌铁、锌镍等，其中锌镍镀层(含锌85% 90%、镍15% 10%的合金)抗蚀性最好。锌镍合金镀层已在很多领域开始应用，例如镀锌镍合金薄板为汽车工业和计算机工业提供优良的生产毛坯，大大改善了其抗蚀性。然而，开发环保钝化技术是决定锌镍合金能否广泛应用的关键。传统锌镍合金大多采用六价铬钝化技术，六价铬钝化工艺有很多优点，如优良的耐蚀性，良好的自我修复和自愈能力等，但是六价铬是剧毒和易致癌物质，毒性大约是三价铬的100倍，因此欧洲很早就禁止使用六价铬钝化技术，中国近年也规定禁止使用六价铬钝化技术。目前锌镍合金钝化使用低浓度的铬酸盐溶液，在钝化液中通常要加入适量的氯化物或硫酸盐、盐酸和磷酸等，经钝化处理后在锌镍合金表面形成彩虹色钝化膜，其耐蚀性要比镀锌层的彩色钝化膜高5倍以上。但要在锌镍合金上形成彩色钝化膜比镀锌层上要困难很多，且随合金镀层中镍含量增加彩虹色钝化膜的形成越困难。因此有必要在锌镍合金制备过程中严格控制镍的含量，同时使用环保三价铬钝化得到高抗腐蚀性的锌镍合金。
发明内容
本发明的目的是提供一种镀层镍含量可控、镀层与基体结合能力强、抗蚀能力强、 操作简单、易于工业化、符合环保要求的锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案
一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺，其特征在于，包括以下步骤 (1)镀前预处理，用抛光机对工件进行物理抛光；在55飞5°C的碱性混合溶液中处理 10-15分钟，去除油污，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠；接着将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟；最后在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟。(2)锌镍镀层的制备，电镀液各组分的含量分别为氧化锌6 15g/L，氢氧化钠 80 160g/L，硫酸镍8 16g/L，乙二胺8 25g/L，电镀条件为温度25 35°C，占空比0. Γθ. 9， 高电位电压1. 5^2. 0V，低电位电压0V，电镀时间2(Γ30分钟。可以通过控制占空比来控制锌镍镀层中镍的重量比。(3)锌镍镀层的三价铬钝化，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬4(T80g/L，草酸 l(T40g/L，乙二酸l(T25g/L，硝酸钠5 10g/L，硝酸钴3 5g/L，添加剂糖精钠2 5ml/L，钝化条件为温度25 35°C，时间30秒 1分钟，PH值1. 8 2. 5 (用氢氧化钠调节)。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点
(1)由于在电镀前进行了物理抛光、酸洗、碱洗等细致的处理，增强了电镀层与基体的结合能力。(2)由于电镀层为锌镍合金，抗蚀能力强。(3)通过优化电镀过程中的脉冲占空比精确控制了锌镍镀层中镍的重量比，使锌镍镀层抗蚀能力达到最强。(4)所述技术方案操作简单、易于工业化、符合环保要求。
图1表示的是不同镍含量的锌镍镀层中性盐雾试验的结果。
具体实施例方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。实施例1
用抛光机对工件进行物理抛光，用55°C碱性混合溶液中浸泡工件15分钟，碱性混合溶液组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟， 在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为氧化锌6g/L，氢氧化钠80g/L，硫酸镍8g/L，乙二胺8g/L，电镀条件为温度25°C，高电位电压 1. 5V，低电位电压0V，占空比为0. 3，电镀时间20分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬40g/L，草酸10g/L，乙二酸10g/L，硝酸钠5g/L，硝酸钴3g/L，添加剂糖精钠2ml/L,钝化条件为温度250C，时间0. 5分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为5%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验，70 小时后出现白锈点平。实施例2:
用抛光机对工件进行物理抛光，用60°C碱性混合溶液中浸泡工件12分钟，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟，在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为 氧化锌8g/L，氢氧化钠90g/L，硫酸镍10g/L，乙二胺12g/L，电镀条件为温度30°C，高电位电压1. 8V，低电位电压0V，占空比为0. 3，电镀时间25分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬50g/L，草酸20g/L，乙二酸15g/L，硝酸钠6g/L，硝酸钴3. 5g/L，添加剂糖精钠3ml/L,钝化条件为温度300C，时间0. 5分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为8%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验，90 小时后出现白锈点。实施例3:
用抛光机对工件进行物理抛光，用65°C碱性混合溶液中浸泡工件10分钟，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟，在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为 氧化锌10g/L，氢氧化钠100g/L，硫酸镍12g/L，乙二胺15g/L，电镀条件为温度35°C，高电
4位电压2. 0V，低电位电压0V，占空比为0. 4，电镀时间30分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬60g/L，草酸30g/L，乙二酸20g/L，硝酸钠8g/L，硝酸钴4g/L，添加剂糖精钠4ml/L，钝化条件为温度35°C，时间1分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为11%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验， 120小时后出现白锈点。实施例4
用抛光机对工件进行物理抛光，用55°C碱性混合溶液中浸泡工件13分钟，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟，在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为 氧化锌12g/L，氢氧化钠110g/L，硫酸镍14g/L，乙二胺18g/L，电镀条件为温度25°C，高电位电压1. 5V，低电位电压0V，占空比为0. 5，电镀时间20分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬70g/L，草酸30g/L，乙二酸20g/L，硝酸钠8g/L，硝酸钴4g/L，添加剂糖精钠4ml/L，钝化条件为温度25°C，时间1分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为13%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验， 240小时后表面无锈点。实施例5
用抛光机对工件进行物理抛光，用60°C碱性混合溶液中浸泡工件11分钟，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟，在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为 氧化锌12g/L，氢氧化钠120g/L，硫酸镍14g/L，乙二胺20g/L，电镀条件为温度30°C，高电位电压1. 8V，低电位电压0V，占空比为0. 6，电镀时间25分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬70g/L，草酸30g/L，乙二酸20g/L，硝酸钠8g/L，硝酸钴4g/L，添加剂糖精钠4ml/L，钝化条件为温度30°C，时间1分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为14%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验， 240小时后表面无锈点。实施例6
用抛光机对工件进行物理抛光，用65°C碱性混合溶液中浸泡工件13分钟，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟，在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为 氧化锌14g/L，氢氧化钠140g/L，硫酸镍14g/L，乙二胺20g/L，电镀条件为温度35°C，高电位电压2. 0V，低电位电压0V，占空比为0. 7，电镀时间20分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬70g/L，草酸30g/L，乙二酸20g/L，硝酸钠8g/L，硝酸钴4g/L，添加剂糖精钠4ml/L，钝化条件为温度35°C，时间1分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为15%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验， 240小时后表面无锈点。实施例7
用抛光机对工件进行物理抛光，用55°C碱性混合溶液中浸泡工件14分钟，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠，将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟，在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；接着对工件进行电镀，电镀液各组分的含量分别为氧化锌15g/L，氢氧化钠160g/L，硫酸镍16g/L，乙二胺25g/L，电镀条件为温度30°C，高电位电压2. 0V，低电位电压0V，占空比为0. 8，电镀时间25分钟；最后钝化电镀层，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬80g/L，草酸40g/L，乙二酸25g/L，硝酸钠10g/L，硝酸钴5g/L， 添加剂糖精钠5ml/L，钝化条件为温度35°C，时间1分钟，PH值1. 8 2. 5。该实施例所得镀层含镍重量比为20%，划格实验未发现镀层脱落，中性盐雾试验， 80小时后出现白锈点。总结上述7个实施例，见图1，本发明制备的锌镍镀层，经三价铬钝化后，镍重量比在139Γ15%之间时的抗腐蚀性能最佳，本发明能通过调节脉冲占空比精确地控制锌镍镀层中镍的含量。
权利要求
1.一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺，其特征在于，包括以下步骤(1)镀前预处理，用抛光机对工件进行物理抛光；在55飞5°C的碱性混合溶液中处理 10-15分钟，去除油污，碱性混合溶液的组成为12g/L氢氧化钠，60g/L碳酸钠，60g/L磷酸钠；接着将工件浸入蒸馏水中水洗5分钟；最后在15%盐酸溶液中室温酸洗5分钟；(2)锌镍镀层的制备，电镀液各组分的含量分别为氧化锌6 15g/L，氢氧化钠 8(Tl60g/L，硫酸镍8 16g/L，乙二胺8 25g/L，电镀条件为温度25 35°C，占空比0. Γθ. 9， 高电位电压1. 5 2. 0V，低电位电压OV,电镀时间20 30分钟；(3)锌镍镀层的三价铬钝化，钝化液各组分的含量分别为硝酸铬4(T80g/L，草酸 l(T40g/L，乙二酸l(T25g/L，硝酸钠5 10g/L，硝酸钴3 5g/L，添加剂糖精钠2 5ml/L，钝化条件为温度25 35°C，时间30秒 1分钟，PH值1. 8 2. 5。
2.如权利要求1所述的一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺，其特征在于，所述电镀液各组分的含量分别为氧化锌12g/L，氢氧化钠110g/L，硫酸镍14g/L，乙二胺18g/L， 电镀条件为温度25°C，高电位电压1. 5V，低电位电压0V，占空比为0. 5，电镀时间20分钟。
3.如权利要求1所述的一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺，其特征在于，所述电镀液各组分的含量分别为氧化锌12g/L，氢氧化钠120g/L，硫酸镍14g/L，乙二胺20g/L， 电镀条件为温度30°C，高电位电压1. 8V，低电位电压0V，占空比为0. 6，电镀时间25分钟。
4.如权利要求1所述的一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺，其特征在于，电镀液各组分的含量分别为氧化锌14g/L，氢氧化钠140g/L，硫酸镍14g/L，乙二胺20g/L，电镀条件为温度35°C，高电位电压2. 0V，低电位电压0V，占空比为0. 7，电镀时间20分钟。
全文摘要
本发明公开了一种锌镍镀层的制备及其三价铬钝化工艺，其特征在于，包括以下步骤首先是镀前预处理，用抛光机对工件进行物理抛光后，依次用碱性混合溶液、蒸馏水清洗、盐酸溶液清洗工件，碱性混合溶液由氢氧化钠、碳酸钠和磷酸钠配成；接下来是锌镍镀层的制备，电镀液由氧化锌、氢氧化钠、硫酸镍、乙二胺配成，主要通过调节脉冲占空比来控制锌镍镀层中镍的含量；最后是锌镍镀层的三价铬钝化，钝化液由硝酸铬、草酸、乙二酸、硝酸钠、硝酸钴、添加剂糖精钠配成，钝化条件为温度25~35℃，时间30秒~1分钟，pH值1.8~2.5。本发明镀层镍含量可控、镀层与基体结合能力强、抗蚀能力强、操作简单、易于工业化、符合环保要求。
文档编号C23C22/46GK102312238SQ20111029514
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者余云丹, 卫国英, 孙丽侠, 江莉, 葛洪良 申请人:中国计量学院