专利名称：一种锌镍合金纳米多层膜电镀方法
技术领域：
本发明涉及一种在钢铁零部件表面镀覆锌镍合金纳米多层膜的方法，属钢 铁零部件及金属材料表面处理技术领域。
背景技术：
腐蚀与防腐关系到经济发展和人民生命安全，表面工程技术是解决机械零 部件及材料腐蚀与防护最经济有效的手段和方法。随着现代工业和科学技术的 飞速发展，对机械零部件和材料表面的性能要求越来越高，表面处理技术也随 之有了迅速的发展。表面工程技术可以使用化学、物理或电化学方法来对零部 件或材料表面进行处理，使其表面形成各种防护层，提高零部件或材料的使用 寿命。合金复合表面沉积(电沉积或化学沉积)因其与单金属表面沉积相比具 有较高的耐蚀性、硬度、致密性、耐磨性、耐高温性、易焊性及漂亮的外观， 而得到了广泛的应用。
近年来，人们对研发纳米多层膜给予了极大关注。在不断完善电沉积纳米
多层膜的基础上，开发出了 Cu/M、 Co/Cu、 Co/Pt等性能较好的纳米多层膜产 品及工艺，但多做为磁性能的研究，在镀层耐蚀性能方面的研究鲜见报道。
锌镍合金镀作为钢铁的防护性镀层，得到了广泛应用。为了满足对零部件 或材料性能更高要求，国内外都加大了对Zn-Fe、 Zn-Ni、 Sn-Zn、 Zn-Co、 Zn-Mn、 Zn-Cr、 Zn-Ti、 Zn-Co-Cr、 Zn-Co-Fe、 Zn_Ni-P、 Zn-Fe-P等锌基合金镀的研究 与应用，其中锌镍合金多层膜因具有很好的耐蚀性，因此被众多机构进行研究。
由于锌镍合金的沉积属于异常共沉积，传统的观点认为当锌镍合金镀层中 镍含量达到13%时，镀层的耐蚀性最好，所以常规的锌镍合金添加剂主要解决 的问题就是设法将异常共沉积的锌镍合金电解液，在施镀时，控制镀层中镍含量在到13%附近，但是这样的添加剂对于沉积多层膜是有害的。多层膜沉积要 求的是在不同的沉积电流下在同一镀液中实现镀层中镍含量的改变，以达到在 交替脉冲时实现不同的含镍层的迭加实现多层化，同时保证镀层的外观光洁平 整，具有一定的装饰性'。镀层耐蚀性较好，具有较高的硬度(相对于常规锌镍 合金镀层而言)，耐磨性，且不需要镀后处理工艺，节约成本，高效快捷，方便 操作。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种不需要钝化处理就可获得 高耐蚀性、耐磨性镀层，工艺简单、安全的钢铁零部件锌镍合金纳米多层膜表 面电镀方法，利用该方法既可获得较高硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性 能，又可获得高致密性、装饰性(外观)、综合性能优良的锌镍合金纳米多层膜 镀层。
本发明的技术内容为该表面镀覆有镀层的钢铁零部件，其镀层为锌镍合 金纳米多层膜镀层，镀层中以重量计低镍层镍含量为14%左右，高镍层镍含量
为78%左右。镀层厚度及各元素含量根据实际需要在给定范围内确定。
该钢铁零部件表面电镀方法，包括在进行电镀之前对所述零部件进行打磨 水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电 镀液搅拌或静置下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电镀液中取出所
述零部件进行水洗、烘干的步骤；所述电镀液包含有作为主盐的Ni及Zn的盐、 作为导电盐的NHX1、作为缓冲剂的H3B03，电镀液组成为NiCl2.6H20 100 180g/L、 ZnCl2 20 80g/L、 NH4C1180 220g/L、 H3B03 20 40g/L、添加剂0. 5 5g/L;添加剂为平平加、糖精、十二烷基硫酸钠等中的一种或几种的任意组合。 镀液的pH值为3 5，电镀供电方式为输出脉冲供电，具体参数为控制平均电 流密度为0. 3A、第一个脉冲占空比为0. 01，工作时间20s，第二个脉冲的占空为0. 5，工作时间40s，反向脉冲输出平均电流都是O. 2A，占空比均为0. 1，工作 时间10s;温度为室温。
各组成物的含量或选取等工艺参数及施镀时间可根据实际所需镀层厚度、 硬度、致密度等在给出范围内具体选择。
该电镀用电解液包含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NHX1、作 为缓冲剂的H:,B03，其组成为NiCl2.6H20 100 180g/L、 ZnCl2 20 80g/L、 NH4C1 180 220g/L、 H3B03 20 40g/L、添加剂0. 5 5g/L。添加剂为平平加、糖精、 十二烷基硫酸钠等中的一种或几种的任意组合。
各组成物的含量或选取等工艺参数可根据实际需要在给定范围内具体选择。
本发明采用锌镍合金纳米多层膜迭层镀层，从而使镀层的硬度、耐磨性、 大幅提高；而且由于电镀镀液中N:T的数量大，使镀层中Ni含量较大，使镀层 外观光亮，具有的良好的致密性与装饰性(外观)的优点。在酸性介质中，镀 层与介质的反应主要是锌、镍与H+的反应，镀层的耐蚀性主要取决于基质金属 镍与H+反应的快慢程度，而镍在酸中的活性比锌差，所以镀层中较高的Ni含量 使其对酸的耐蚀性提高。多层合金镀层交替存在，减缓了了镀层的腐蚀速度， 又可以阻碍空气中的02向镀层中渗透，从而较大幅度地减缓了 Zn(0H)2、 Ni (0H)2 和Fe(0H)3的生成，使镀层耐蚀性大大提高。由于镀层中较高的Ni含量的作用， 使镀层不需要钝化处理就可以达到较高的耐蚀性，大大减化了生产工艺环节， 减少了环境污染，提高了生产安全性。
因此，该表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜具有硬度、耐蚀性、耐磨性、耐 高温氧化性、致密性及综合性能高的优点。此外，所使用的电镀工艺及电解液 具有不需要镀后处理工艺，节约成本，高效快捷，方便操作的优点。
图l为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本 发明的内容并不限于此。
在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、 再经水洗后放入电镀槽电镀液中、电镀在电镀液搅拌或静置下进行，在进行电 解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干。采用的电镀液含有作为主
盐的Ni.盐及Zn的盐、作为导电盐的NH4C1、作为缓冲剂的H3B03，如电镀液组成 为NiCl2.6H20 1 00 180g/L、 ZnCl2 20 80g/L、 NH4C1 180 220g/L、 ,320 40g/L、添加剂0.5 5g/L;添加剂为平平加、糖精；十二烷基硫酸钠等中的一 种或几种的任意组合。镀液的pH值为3 5，电镀供电方式为输出脉冲供电，具 体参数为控制平均电流密度为0. 3A、第一个脉冲占空比为0. Ol，工作时间20s， 第二个脉冲的占空比为0.5，工作时间40s，反向脉冲输出平均电流都是0.2A， 占空比均为O. 1，工作时间10s;温度为室温。
各组成物的含量或选取等工艺参数及施镀时间还可根据实际所需镀层厚 度、硬度、致密度等在给出范围内具体选择。
实施例1:表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜的钢板，其镀层为锌镍合金纳米 多层膜，镀层中以重量计低镍层的镍含量为14.07%、高镍层的镍含量含量为 77.35%，镀层的厚度为(8 9) X10—3mm。
具体步骤为将钢板在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，
然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并对电解液搅拌或静置，
在进行电解之后从电解液中取出零部件进行水洗,烘干。镀液的pH值为3. 5，施 镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间为25分钟。
电解液含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH4C1、作为缓冲剂的 H3B03，其具体组成为NiCl2.6H20 140g/L、 ZnCl2 50g/L、 NH4C1220g/L、 H3B0330g/L、 平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二烷基硫酸钠0. 03g/L。实施例2:表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜的螺帽，其镀层为锌镍合金纳米
多层膜，镀层中以重量计低镍层的镍含量为14. 20%、高镍层的镍含量含量为76. 8 %，镀层的厚度为7.5X10—3mm。
该螺帽的表面电镀方法，包括螺帽在进行电镀之前对所述零部件进行打磨 水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并对电解 液搅拌或静置，在进行电解之后从电解液中取出零部件进行水洗，烘干。镀液的 pH值为3.5，施镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间为20分钟。
电解液含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH4C1、作为缓冲剂的 H3B03，其具体组成为NiCl2.6H20 140g/L、 ZnCl2 50g/L、 NH4C1220g/L、 H3B0330g/L、 平平加0.3g/L、糖精0.015g/L、十二垸基硫酸钠0. 03g/L。
实施例3:表面镀覆有锌镍合金纳米多层膜的泵室内衬，其镀层为锌镍合金 纳米多层膜，镀层中以重量计低镍层的镍含量为13.9 %、高镍层的镍含量含量 为77. 5%，镀层的厚度为8.5X10—3mm。
该泵室内衬的表面电镀方法，包括泵室内衬在进行电镀之前对所述零部件 进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、 并对电解液搅拌或静置，在进行电解之后从电解液中取出零部件进行水洗，烘 干。镀液的pH值为3.5，施镀的供电方式为脉冲输出供电、温度为室温、时间 为30分钟。
电解液含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH4C1、作为缓冲剂的 H3B03，其具体组成为NiCl2.6H20 140g/L、 ZnCl2 50g/L、 NH4C1220g/L、 H3B0330g/L、 平平加0.3g/U糖精0.015g/L、十二垸基硫酸钠0. 03g/L。
本发明锌镍合金纳米多层膜镀层与Zn、 Zn-Ni镀层在5%NaCl溶液中耐蚀性
的比较结果(等厚度)
镀层类别开始生锈时间/h
Zn13
Zn-Ni (Ni%=13.2%)66
锌镍合金纳米多层膜 317权利要求
1、一种钢铁零部件表面电镀方法，包括在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电镀液搅拌或静置下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干的步骤，其特征在于镀液的组成为包含有作为主盐的Ni及Zn的盐、作为导电盐的NH4Cl、作为缓冲剂的H3BO3和添加剂。
2、 根据权利要求1所述的钢铁零部件表面电镀方法，其特征在于所述的Ni及Zn的盐为NiCl2.6H20 1 00 1801g/L、 ZnCl2 25 80g/L;所述的导电盐的NH4C1为180 220 g/L、缓冲剂H3B03A 20 40 g/L、所述的添加剂为0. 5 5g/L,镀液的pH值为3 5。
3、 根据权利要求1所述的钢铁零部件表面电镀方法，其特征在于镀液中所述添加剂为平平加、糖精、十二烷基硫酸钠等中的一种或几种的任意组合。
4、 根据权利要求1所述的钢铁零部件表面电镀方法，其特征在于所述的电镀的供电方式为输出脉冲供电，具体参数为控制平均电流密度为0.3A、第一个脉冲占空比为0. 01 ，工作时间20s，第二个脉冲的占空比为0. 5，工作时间40s，反向脉冲输出平均电流都是0. 2A,占空比均为0. 1,工作时间10s;温度为室温。
全文摘要
本发明公开了一种在钢铁零部件表面镀覆锌镍合金纳米多层膜镀层的方法，属钢铁零部件及金属材料表面处理技术领域。电镀是以Ni及Zn的盐为主盐，控制Ni、Zn盐含量及pH值、电流密度，获得锌镍合金纳米多层膜镀层。具有不需要镀后处理工艺，节约成本，高效快捷，方便操作、工艺简单、安全，镀层硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温性高，致密性、装饰性、综合性能好等优点。
文档编号C25D5/10GK101550577SQ200910094370
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者宋凡子, 张英杰, 章江洪, 鹏 董, 闫宇星 申请人:昆明理工大学