机械镀锌快速活化工艺的制作方法

专利名称：机械镀锌快速活化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属材料镀覆工艺，特别是机械镀锌快速活化工艺。
机械镀锌工艺是近年来应用于工业生产中的新工艺，它是采用活化剂、金属锌粉、冲击介质和水混合成浆液，工件与该浆液在一个转动的滚筒中，借助介质的撞碰使锌颗粒“冷焊”到工件表面上形成一个连续锌层，机械镀锌的锌耗量仅为热浸镀的30%，并且可以对零散件，如螺栓、螺母、钉子、弹簧、管路连接件等镀覆。但现有的机械镀锌工艺由于采用聚氧乙烯乙醇等高分子化合物作为主要活化剂，它只能起到分散金属粉的作用，如美国专利USPat4389413，和USPat3328197。现有工艺若各种化学药剂的比例调定不当将带来镀层不均匀和附着差的缺陷，另外现有机械镀锌工艺主要以机械碰撞或“冷焊”方式形成镀锌层，在工艺过程中要更换几次料液，使操作繁杂、速度慢，不利于提高工作效率，再者沉积铜基层工序是在镀桶中进行，易造成沉积不均、覆盖不完全，从而影响后续镀层的附着性。现有的机械镀锌工艺只能对长度不超过10-12英寸，单件重不超过1-2磅的零散工件进行镀覆，使欲镀工件受限。
本发明的目的在于提供一种新型表面活化剂，并配以促进剂、调整剂和平整剂，以改善金属零件表面和金属粉表面活性，加快金属粉在工件表面的均匀沉积，从而加快整个机械镀锌工艺，提高镀层质量，降低生产成本。
本发明的基本要点是采用一种较为理想的表面活化剂，使之能增加金属工件表面、锌粉团粒与混合料液的浸润性，降低锌粉颗粒在混合料液中相互之间的表面张力，促进锌粉的微团粒化与工件表面的互相吸附，并起到洁净工件和锌粉颗粒表面的作用，加快锌粉在工件表面各部位的均匀沉积，进而在机械碰撞作用下紧实、变形而镶嵌成镀锌层。
本发明将通过下列工艺方法实现(1)清洗，清洗并去除工件表面的油污、锈和氧化层，可采用传统的酸、碱方法、电解法或市售清洗剂进行，保证工件表面裸露出铁基;
(2)沉积铜，将清洗过的工件浸入以硫酸铜为主成份的溶液中，浸入时间为30秒-2分钟，溶液的成份和配入量是五水硫酸铜 30-40克/升硫酸(工业纯97%) 0.5-1.5毫升/升沉积铜这一工序是在主机镀桶外的专用槽内进行的，上述溶液可连续使用，并可定期补加，以保证工件表面铜基层均匀全面地沉积。
(3)加料混合，将经过上述工序处理过的工件与冲击介质一起加入到主机镀桶中，冲击介质可用玻璃丸，按玻璃丸的体积是工件体积的1-3倍加入，玻璃丸可采用直径1-2mm，2-3mm，3-4mm，4-5mm，按1∶2∶2∶1的比例混合即可;
(4)调整混合液，在镀桶中加入水，水量以浸没工件和玻璃丸为宜，之后加入调整剂，加入量以PH值为1-3为宜，调整剂的成份是硫酸和缓蚀制，缓蚀制可用硫脲或乌洛托品，按0.05-0.1%的量加入，浓度均为工业纯;
(5)建立锌基层，按每平方米被镀面积7-8克的锌量加入锌粉，并加入基层沉积促进剂，使工件上沉积并建立一层致密的锌基层，即闪锌，基层沉积促进剂为重金属盐，可用浓度为5-10%的氯化亚锡或硫酸亚锡水溶液，促进剂的加入量为每平方米被镀面积3-5毫米/微米。
(6)镀层增厚，在混合液中按每平方米被镀面积60-120毫升的量加表面活化剂，表面活化剂系阴离子系表面活化剂，其成份和配方如下配方一椰子油 14-16%氢氧化钾(浓度50%) 10-13%碳酸钾 1-2%丙三醇 3-2%水 72-67%或配方二聚乙二醇150二硬脂酸脂 0.5-1%硫代琥珀酸盐 21-24%椰子酰胺DEA 1.8-2.5%4-羟基甲酸甲酯 0.12-0.17%二烯丙基二甲基氯化铵与丙烯酰胺的聚合物 4-5%聚苯乙烯胶乳 0.7-1%柠檬酸 0.1-0.15%氯化钠 1-1.5%水 65-70%上述表面活化剂配制好后即作为专用活化制剂使用。
根据镀锌层厚度的要求，逐次加入锌粉和活化剂、促进剂、调整剂和平整剂，每次加入的间隔时间为3-6分钟;
(7)镀层强化，待锌层沉积完毕，经过5-10分钟的滚动混匀，使锌在碰撞中强化，变得均匀致密，即可出料。
本发明提供的机械镀锌原理是去除油污和锈迹的工件浸入以硫酸铜为主的溶液后，铁基上即反应生成铜层，即“闪铜”。随着锌粉和活化剂的加入，在铜基上形成锌层即“闪锌”。铜层介于铁基和锌基之间，能补平铁基表面上的凹点，为锌的附着提供有利条件，并增强了锌层在铁基上的粘附能力。锌粉在混合浆液中，由于化学环境的作用，首先由单颗粒的分散形式逐渐聚集为分散的团絮状形式，表面活化剂易聚于工件表面，使其呈负的电性，吸引锌粉集团富集于工件的被镀表面上，冲击介质使它们碰撞紧密，进而使颗粒之间变形，而镶嵌成层。随着不断加料，以此方式渐渐增厚。
本发明提供的机械镀锌快速活化工艺具有下列优点和积极效果(1)由于在机械镀锌工艺中使用本发明提供的表面活化剂，一是使混合浆液具有良好的浸润性，并保持活化锌粉颗粒的分散悬浮状态，使之具有较好的扩散能力，保证锌粉在工件上的均匀沉积，使镀层致密，表面覆盖完全，光洁平整;二是降低锌粉在混合浆液中相互之间的表面张力，促进锌粉的微团粒化以及与工件表面的互相吸附，因此加快锌粉在工件上的沉积过程，从而缩短有效工艺时间;(2)该工艺除锌粉外其余化学药剂均以溶液形式加入，有利于加快反应速度，同时也便于自动化操作和控制;(3)由于该工艺减少了高分子有机物的用量，降低废水中的生物耗氧量和化学耗氧量，故有利于保护环境;此外该工艺还具有稳定性好，原料来源广泛，价格低廉，投资少，厚度易控制等特点，生产成本比热浸镀降低40-50%，社会效益和经济效益极为显著。
下面将通过具体实施例对本发明做进一步详述。
实施例1工件M20×75螺栓150公斤，表面积7.3m2，镀层厚度40微米，用电解法除油、除锈，用清水冲洗保证工件表面完全洁净，放入铜沉积液中浸渍50秒。铜沉积液为五水硫酸铜39克/升，氯化钠1.7克/升，浓度为97%的硫酸1.2毫升/升，浸渍后在工件上沉积出均匀的铜层，工件用清水冲洗后放入加料斗内倒入镀桶内，铜沉积液可重复使用，并定期补加药剂。随后在镀桶内再装入与工件等体积的玻璃丸，转动镀桶使工件和玻璃丸充分混合，镀前准备完毕。
加水至浸没工件和玻璃丸(大约42升)，并加入浓度为97%的硫酸和0.08%硫脲缓蚀剂使溶液PH值为1-2，在镀桶中形成混合料液，加入255克325目锌粉和浓度为8%的硫酸亚锡水溶液382毫升，转动5分钟后在工件上形成一个均匀的基层，续后在混合料液中加入657毫升表面活化剂(配方一)，进入重复加料增厚镀锌层阶段，加料量为锌粉255克(325目)浓度为8%的硫酸亚锡溶液146毫升含聚醋酸乙烯10%的水溶液292毫升以上加料重复8次，每次加料间隔3分钟，并加入适量的浓度为97%硫酸，以保持混合料液的PH值为1-2，全部加料过程完毕，镀锌全过程34分钟，混合料液由镀桶中倒出进行例行的分离、清洗、干燥工作。
镀后工件经测厚仪测量，镀层均匀外观好，厚度为40-43微米。
实施例240×40×15可锻铸铁管连接件100公斤，被镀面积5.6m2，锌层厚度60微米，按实施例1完成镀前的准备，与镀件1.5倍体积的玻璃丸一起装入镀桶，加入50升水和适量硫酸使PH为1-2，转动镀桶使混合料液均匀，加入392克325目的锌粉和浓度为6%的氯化亚锡水溶液588毫升，转动5分钟后在工件上形成一个均匀的基层。
续后在混合料液中加入616毫升表面活化剂(配方二)，进入重复加料增厚镀锌层阶段，加料量为锌粉196克浓度为10%的氯化亚锡溶液84毫升含胶朊10%的水溶液280毫升。
加料重复12次，每次加料间隔3分钟，其按实施例1控制，镀锌全过程43分钟镀后工件外表光亮，均匀，测厚为55-65微米。
权利要求
1.一种机械镀锌快速活化工艺，其中包括清洗欲镀工件表面使之露出铁基，将其置入以硫酸铜为主的混合液中，使其表面沉积出均匀铜基，将其与冲击介质一同放入主机镀桶中混合，在镀桶中放入水和调整剂，控制PH值1-3，加入锌粉和促进剂，再加入表面活化剂、平整剂，转动滚筒，在常温下完成机械镀锌工艺，其特征在于(1)所述沉积铜基是在主机镀桶外的专用槽内进行，其混合液的成分和配入量为五水硫酸铜30-40g/升硫酸(工业纯)0.5-1.5毫升/升工件在该混合液中浸渍30秒-2分钟；(2)所述表面活化剂是能够增加工件表面、锌粉团粒与混合料液的浸润性，降低锌粉在料液中的表面张力，促进锌粉与工件表面相互吸附的阴离子系表面活化剂，其加入量为每平方米被镀面积60-120毫升，且配方如下配方一椰子油 14-16%碳酸钾1-2%氢氧化钾(浓度50%) 10-13%丙三醇 3-2%水 72-67%或配方二聚乙二醇150二硬脂酸脂 0.5-1%硫代琥珀酸盐21-24%椰子酰胺DEA 1.8-2.5%4-羟基甲酸甲酯 0.12-0.17%二烯丙基二甲基氯化铵与丙烯酰胺的聚合物 4-5%聚苯乙烯胶乳 0.7-1%柠檬酸 0.1-0.15%氯化钠 1-1.5%水 6.5-70%。
2.根据权利要求1所述的机械镀锌快速活化工艺，其特征在于调整剂由强酸和缓蚀剂组成，其浓度均为工业纯，缓蚀剂可用硫脲或乌洛托品溶液，并按0.05-0.1%的量加入。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于促进剂可用浓度为5-10%的氯化亚锡，或硫酸亚锡水溶液，促进剂用量与锌粉之比为1.5-2∶1，或是每平方米被镀面积3-5毫升/微米，锌粉用量为每平方米被镀面积7-8克/微米。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于平整剂可采用浓度为10%的聚醋酸乙烯、胶朊水溶液，加入量为每平方米被镀面积8-12毫升/微米。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于锌粉、促进剂、调整剂和平整剂的加入可根据欲镀厚度重复进行，每次重复的时间间隔为3-6分钟。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于冲击介质可采用直径为1-2mm、2-3mm、3-4mm、4-5mm的玻璃丸，并按1∶2∶2∶1的比例混合，按玻璃丸的体积为工件体积的1-3倍加入。
全文摘要
本发明提供一种机械镀锌快速活化工艺。该工艺包括清洗——沉积铜基——加料混合——调整混合料液——建立锌层——镀层增厚——强化镀层等工艺过程，由于该工艺采用一种特别配制的新型表面活化剂，不仅可提高镀锌层质量，而且还降低锌粉耗量，加快锌粉在工件上的沉积过程，促进整个机械镀锌工艺快速进行，并且锌层厚度易于控制，适用于各种欲镀工件。
文档编号C23C28/02GK1083129SQ93105628
公开日1994年3月2日 申请日期1993年5月13日 优先权日1993年5月13日
发明者何明奕, 徐勇, 角景明, 刘丽 申请人:昆明汇泰科技开发总公司