一种铝合金化学镀镍磷合金层的热处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝合金化学镀镍磷合金层的热处理方法。本发明首先将铝合金零件置于恒温干燥箱，加热至200℃，恒温30min，然后取出，在空气中冷却；其次在硼酸酒精溶液中加入全氟辛酸钠作为活性剂，搅拌后形成热处理保护剂，将烘干后的铝合金零件放入保护剂，浸泡5-10min，浸泡温度为20℃-40℃；最后将浸泡热处理保护剂后的铝合金零件放入温度为380℃-450℃的马弗炉，恒温40-60min热处理，然后取出，空气冷却。本发明通过保护剂预处理，可以在保证非晶态化学镀镍磷镀层在非真空热处理后，Hv≥850，并保证镀层颜色不发生变化。
【专利说明】一种绍合金化学镀镜磷合金层的热处理方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种铝合金化学镀镍磷合金层的热处理方法。
【背景技术】
[0002]铝合金具有机械强度高、密度小、导热导电性好、韧性好、易加工等特点，因而在工业中是应用最广泛的一类有色金属结构材料，尤其在在航空航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。铝合金表面覆盖一层致密的氧化膜，它可将铝合金与周围环境隔离开来，避免被氧化。但是这层氧化膜易受到强酸和强碱的腐蚀，同时铝合金易产生晶间腐蚀,表面硬度低,不耐磨。
[0003]随着工业技术的不断发展，应用领域的不断扩大，服役条件的复杂化，对铝合金制备的零件，如高端汽车制动阀芯、重装设备接插件、机柜导轨等提出了越来越搞的表面硬度和耐磨性要求。因此要对铝合金表面进行耐磨性和提高硬度处理。目前使用较多的的工艺有:电镀硬铬、微弧氧化、化学镀镍磷合金、化学镀镍镍硼合金。铝合金表面电镀铬(15 μ m)虽然具有高硬度(850-1100HV)，但由于具有很大的环境污染性，六价铬离子是强致癌物，国家已经不提倡，也不具有可持续发展性。在铝合金表面进行微弧氧化，可以得到硬度为450Hv和1600HV的内/外双层膜，但微弧氧化只适合形状简单的零部件，且耗能大。化学镀镍具有以下优点:无需通电、较为环保；镀层厚度及其均匀，处理部件不受形状限制，不变形，特别是适用于形状复杂，深盲孔及精度要求高的细小及大型部件的表面处理；具有优良的抗耐蚀性能，在许多酸、碱、盐、氨和海水中具有良好的耐蚀性，其耐蚀性要比不锈钢优越的多；处理后的部件，表面光洁度高，表面光亮，不需要重新的机械加工和抛光，可直接装机使用；镀层与基体的结合力高 ，不易剥落，其结合力比电镀硬铬和离子镀要高。所以化学镀镍是提高铝合金表面耐磨性和硬度的首选方法。目前，常用的主要有化学镍磷和化学镍硼两种工艺。其中化学镍磷根据磷含量的不同又可分为低磷(含磷2-5%质量百分比)、中磷(含磷6-9%质量百分比)、高磷(含磷10-14%质量百分比)。三种成分镀态下镀层均为非晶态的N1-P合金，镀态硬度分别为650-800Hv、500-650Hv、350-500Hv，要满足高耐磨、高硬度的使用条件(Hv ^ 850)还要进行热处理，但是低磷和中磷化学镍磷镀层的硬度在热处理之后不升反降，只有高磷化学镍磷镀层在300°C以上进行热处理是可以使硬度提高，各种实验结果表明，最佳热处理工艺是400°C热处理lh，得到的镀层硬度可以达到900-1 ΙΟΟΗν。(以上提到的各种镍磷镀层厚度均为15 μ m，镀层硬度采用HX1000显微硬度计测试，测试条件为:50g，15s。)这是非晶态N1-P层在350°C开始晶化，析出弥散Ni3P相，使镀层硬度大大提高，并在400°C /lh达到最佳，因为随着温度升高或者时间延长，晶态Ni3P相不断长大，反而会使镀层硬度降低。化学镍硼得到的合金镀层(15 μ m)在镀态状态下可以达到750-850HV，基本可以满足耐磨性，但是由于硼胺烷还原剂比较昂贵，平均成本为化学镀镍磷的2-3倍，而且工艺并不成熟稳定，所以目前尚未大规模工业化应用。
[0004]通过综合比较，化学镀高磷镍磷合金并进行400°C /lh热处理是获得高硬度、高耐磨铝合金零配件的理想工艺。但零件如果在非真空下进行40(TC /lh热处理，会镀层使表面氧化变色(实验数据表面温度超过305°C，镀层就会变色)，这对于很多使用环境是不允许的，如果在真空环境下进行热处理，那么由于真空热处理炉的高成本、小空间又大大限制了这种工艺的使用和发展。因此，如何在非真空环境热处理中保证镀层不发生变色氧化并使镀层硬度提高到Hv ^ 850有很大的研究空间和研究意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种铝合金化学镀镍磷合金层的热处理方法，在非真空热处理的条件下提高铝合金表面化学镍磷层的硬度和耐磨性。
[0006]一种铝合金化学镀镍磷合金后的热处理方法，其步骤如下:
[0007]I)铝合金表面进行化学镀镍磷合金。
[0008]2)将镀有10_14wt%镍磷合金镀层的铝合金零件置于恒温干燥箱，加热至200°C，恒温30min，然后取出，空气冷却。
[0009]3)在硼酸酒精溶液中加入全氟辛酸钠作为活性剂，搅拌后形成热处理保护剂，将烘干后的铝合金零件放入保护剂，浸泡5-10min，浸泡温度为20°C -40°C ；
[0010]4)将浸泡热处理保护剂后的铝合金零件放入温度为380°C -450°c的马弗炉，恒温40-60min热处理，然后取出，空气冷却。
[0011]根据本发明，所述硼酸酒精溶液，硼酸含量为4wt%。
[0012]根据本发明，所述硼酸酒精溶液中加入的全氟辛酸钠为l_5g/L。
[0013]本发明的热处理方法，可以在保证化学镀镍磷(含磷10-14%质量百分比)非晶态镀层在非真空热处理后，Hv ^ 850，并保证镀层颜色不发生变化，与真空热处理相比，可以节约成本，并突破真空炉空间较小的局限，扩大了高磷化学镀镍磷合金在铝合金零件表面的应用，也扩大了铝合金在高性能要求工业领域的应用。
【具体实施方式】
[0014]以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明，但非对本发明的限制。
[0015]实施例1:
[0016]将180个6061铝合金棒材加工成的汽车阀芯进行酸性化学镍磷镀覆，化学镀镍磷镀覆工艺参数为pH值4.5、镍离子含量5.6g/L、温度90°C、时间lOOmin。
[0017]将60个施镀后的铝合金零件置于恒温干燥箱，加热至20(TC，恒温30min，然后取出，空气冷却；在溶有4wt%硼酸的酒精中加入lg/L的全氟辛酸钠作为活性剂，搅拌后形成热处理保护剂，将烘干后的铝合金零件放入保护剂，浸泡5min，浸泡温度为20°C，将浸泡热处理保护剂后的铝合金零件放入温度为380°C的马弗炉，恒温40min热处理，然后取出，空气冷却。
[0018]作为对比，将60个施镀后的铝合金零件直接放入R03真空炉(真空度10_2Pa)380 V恒温40min热处理，随炉冷却。
[0019]作为对比，将60个施镀后的铝合金零件直接放入温度为380°C的马弗炉，恒温40min热处理，然后取出，空气冷却。
[0020]采用XRF2000X射线镀层测厚仪测量镀层厚度，采用HVlOOO显微硬度计测量镀层硬度(测试条件为:50g，15s，测量3个点位取平均值)，采用InspeCtF50场发射扫描电子显微镜所配备的EDS能谱分析镀层磷含量。
[0021]测试结果如表1所示:
[0022]
【权利要求】
1.一种铝合金化学镀镍磷合金层的热处理方法，其特征在于包括如下步骤: 1)将镀有10-14被％镍磷合金镀层的铝合金零件置于恒温干燥箱，加热至200°C，恒温30min，然后取出，空气冷却； 2)在硼酸酒精溶液中加入全氟辛酸钠作为活性剂，搅拌后形成热处理保护剂，将烘干后铝合金零件浸入保护剂，浸泡5-10min，浸泡温度为20°C -40°C ； 3)将浸泡热处理保护剂后的铝合金零件放入温度为380°C_450°C的马弗炉，恒温40-60min热处理，然后取出，空气冷却。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金化学镀镍磷合金后的热处理方法，其特征在于:所述硼酸酒精溶液，硼酸含量为4wt%。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金化学镀镍磷合金后的热处理方法，其特征在于:所述硼酸酒精溶液中加入的全氟辛酸钠为l_5g/L。
【文档编号】C23C18/32GK103774125SQ201410046721
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月10日 优先权日:2014年2月10日
【发明者】周向志, 顾浩 申请人:杭州广荣科技有限公司