专利名称：一种电镀金属紧固件及其电镀工艺和氢脆的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种电镀金属紧固件及其电镀工艺和氢脆的检测方法。
背景技术：
金属的锈蚀是普遍存在的一个问题，要解决金属的锈蚀，目前最普遍的方法是采用表面镀层的办法。解决螺丝、螺柱等金属紧固件锈蚀的方法一般是采用在螺丝、螺柱等的表面镀锌的方法。直接在螺丝、螺柱等金属紧固件的表面镀锌，容易产生氢脆。氢脆会导致镀锌螺丝、螺柱等金属紧固件锁付后经过一时间放置后或在锁付后振动出现断裂。氢脆是指螺丝、螺柱等金属紧固件在电镀锌过程中螺丝、螺柱等金属紧固件挂在阴极，电镀时阴极上除沉积出锌以外，同时还析出部分氢，其中有一部分氢会渗入螺丝、螺柱等金属紧固件的晶格中，造成晶格歪扭，使螺丝、螺柱等金属紧固件内应力增大，产生脆性而使螺丝、螺柱等金属紧固件断裂。对一些经过热处理的高强度螺丝、螺柱等金属紧固件，晶格组织粗大，氢脆敏感性增加。一般有两种热处理方法来改善镀锌螺丝、螺柱等金属紧固件的氢脆现象第一种方法是降低热处理时的强度，来降低螺丝、螺柱等金属紧固件镀锌时本身对氢的敏感性；此方法常常会达不到螺丝、螺柱等金属紧固件使用时的强度，度很难掌握。
第二种方法是在电镀锌时除氢工艺中必须把温度控制在190-210℃的恒温箱中退氢4小时。
而上述两种方法全部符合要求也不能够百分之百杜绝氢脆现象，只能在一定程度降低氢脆现象。
申请号为99127203.x的发明专利中公开了锌、镍合金镀层可改善氢脆现象。但锌、镍同时电镀，镍层来不及完全把螺丝金属基体表面覆盖，同时电镀过程中还会析出部分氢，其中仍有一部分氢会渗入螺丝、螺柱等金属紧固件的晶格中，产生氢脆现象。因此锌、镍同时电镀也不能够百分之百杜绝氢脆现象，只能在一定程度降低氢脆现象。
申请号为200510060398.9的发明专利中公开了依次镀锌、镀铜、镀镍、镀铬的电镀工艺；申请号为03131729.4的发明专利中公开了依次电镀锌、镍、铜的电镀工艺。这两个专利都是先镀锌，而在电镀锌过程中，均会产生氢脆现象，镀完锌后再来镀镍和铜，其中螺丝、螺柱等金属紧固件的晶格中已渗入一部分氢，因此氢脆现象仍然存在。申请号为200510060398.9的发明专利中指出在镀铜和镀镍工艺前先镀锌，是因为先镀锌，可减少镍和铜等贵重金属的用量和用水量，减少加工成本和对环境的污染，而且对锈的防护效果好、外观美观。但螺丝、螺柱等金属紧固件，由于其单位面积承受的力、强度等要求特别高，外观的美观性相对来说要求不太高，因此现有的这种先镀锌、再镀铜和镍的电镀方法，由于会产生较严重的氢脆现象，因此不太适合用来电镀螺丝、螺柱等金属紧固件。
现有技术中，还没有氢脆的检测方法。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种几乎不存在氢脆现象的电镀螺丝、螺柱等金属紧固件。
本发明的第二个目的是提供一种几乎不存在氢脆现象的电镀螺丝、螺柱等金属紧固件的电镀工艺。
本发明的第三个目的是提供一种电镀螺丝、螺柱等金属紧固件的氢脆的检测方法。
实现本发明的一种电镀金属紧固件，在金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层。先形成铜镀层，再形成镍镀层，最后形成锌镀层，由于镀铜时铜能更好地覆盖金属基体表面的晶格，然后再镀镍，镍能进一步覆盖金属基体表面，在形成锌镀层时铜镀层和镍镀层会把金属紧固件的金属基体表面完全覆盖(镀铜和镀镍不会析出氢所以不会产生氢脆)，使形成锌镀层时产生的氢无法进入金属紧固件的金属基体内破坏金属紧固件内部的晶格组织，氢脆性接近于零。本发明铜镀层、镍镀层和锌镀层的形成可采用常规的电镀铜、电镀镍和电镀锌的方法形成。铜镀层、镍镀层的厚度可较薄，能完全覆盖金属基体表面即可，从而可节约贵重金属铜和镍的用量。
作为上述方案的改进，铜镀层的厚度为0.5-2um，镍镀层厚度为0.5-2um和锌镀层厚度为10-14um。铜镀层、镍镀层的厚度薄，从而可节约贵重金属铜和镍的用量，锌镀层的厚度后，使之具有较好的防锈效果。
实现本发明的一种电镀金属紧固件的电镀工艺，电镀工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。先镀铜，镀铜时铜能更好地覆盖金属基体表面的晶格，然后再镀镍，镍能进一步覆盖金属基体表面，经过镀一层铜和一层镍以后，铜镀层层和镍镀层会把金属紧固件的金属基体表面完全覆盖(镀铜和镀镍不会析出氢所以不会产生氢脆)再经过镀锌后那一部分氢就无法进入金属紧固件的金属基体内使之破坏金属紧固件内部的晶格组织。就像紧固件本身电镀一层镍一样的效果，氢脆性接近于零。本发明的电镀铜、电镀镍和电镀锌工艺可采用常规的工艺。
作为改进，电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠80-120mg/L、氯化镍10-25mg/L、表面活性剂为10-30ml/L、电流密度为2-5A/dm2，阳极为不锈钢，温度为60-80℃；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠70-150mg/L、氧化锌20-48mg/L、乙二胺为20-48ml/L、三乙醇胺为10-70ml/L，电流密度为0.2-3.8A/dm2，阳极为不锈钢或纯锌板，温度为12-38℃。本方案的镀镍工艺条件可将镍镀的很薄，可控制在0.5-2um范围内，并且可使镀镍层可完全覆盖金属基体表面，防止在后序的镀锌工艺中产生的氢进入金属基体的晶格组织内。本发明的镀锌工艺条件可使镀出来的金属紧固件防锈效果好、表面外观质量好。水为工业用水或蒸馏水。
作为进一步改进，表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠，在电镀镍时增加镍离子的活性，利于镍镀层完全覆盖金属基体的晶格组织。
实现本发明的一种电镀金属紧固件的氢脆的检测方法，在金属紧固件的表面依次有铜镀层、镍镀层和锌镀层，工艺步骤包括依次电镀铜、电镀镍和电镀锌，氢脆的检测方法包括以下工艺步骤将金属紧固件套入弹垫，并以金属紧固件扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧；测试时金属紧固件在零下5℃以下的温度放置20～28小时后取出恢复至5℃以上，再把铁板依竖立方式0.8～1.5米的高度自由下落，没有断头就表示在电镀过程中没有产生氢脆现象，有断头就表示在电镀过程中产生氢脆现象。
本检测方法能够简单有效地检测是否产生氢脆现象。
作为方法的改进，测试时金属紧固件在冰箱里零下5℃的温度放置24小时后取出恢复至18℃～40℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，从而使检测更准确。
本发明电镀金属紧固件和电镀工艺具有不产生氢脆的优点；本发明的氢脆的检测方法能简单有效的检测在电镀过程中是否产生氢脆。
具体实施例方式
实施例1一种电镀金属紧固件，在螺丝的金属基体表面依次有铜镀层、镍镀层和锌镀层。铜镀层的厚度为0.5，镍镀层厚度为2um和锌镀层厚度为10um。
一种电镀螺丝的电镀工艺，工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠80mg/L、氯化镍10mg/L、十二烷基硫酸钠为10ml/L、电流密度为2/dm2，阳极为不锈钢，温度为60C；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠70/L、氧化锌20mg/L、乙二胺为20ml/L、三乙醇胺为10ml/L，电流密度为0.2A/dm2，阳极为不锈钢，温度为12℃。电镀铜工艺的溶液组成与工艺条件为常规电镀铜的工艺溶液与工艺条件。
氢脆的检测方法将上述方法依次电镀铜、镍、锌后的50个M12×50的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下5℃度放置24小时后取出恢复至22℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，无一断头，说明在电镀过程中没有产生氢脆现象。
工艺条件相同，改变电镀顺序，先镀锌，再镀镍，最后镀铜，取50个M12×50的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下5℃ 度放置24小时后取出恢复至22℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，全部断头，说明在电镀过程中产生氢脆现象。
实施例2一种电镀金属紧固件，在螺丝的金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层。铜镀层的厚度为1.3um，镍镀层厚度为1.3um和锌镀层厚度为12um。
一种电镀螺丝的电镀工艺，工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠100mg/L、氯化镍18mg/L、十二烷基硫酸钠为20ml/L、电流密度为4A/dm2，阳极为不锈钢，温度为70℃；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠110mg/L、氧化锌35mg/L、乙二胺为35ml/L、三乙醇胺为40ml/L，电流密度为2A/dm2，阳极为不锈钢，温度为26℃。
氢脆的检测方法将上述方法依次电镀铜、镍、锌后的50个M8×70的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下5℃度放置24小时后取出恢复至22℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，无一断头，说明在电镀过程中没有产生氢脆现象。
工艺条件相同，改变电镀顺序，先镀锌，再镀镍，最后镀铜，取50个M8×70的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下5℃度放置24小时后取出恢复至22℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，全部断头，说明在电镀过程中产生氢脆现象。
实施例3一种电镀金属紧固件，在螺丝的金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层。铜镀层的厚度为2um，镍镀层厚度为0.5um和锌镀层厚度为14um。
一种电镀螺柱的电镀工艺，工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠120mg/L、氯化镍25mg/L、十二烷基苯磺酸钠为30ml/L、电流密度为5A/dm2，阳极为不锈钢，温度为80℃；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠150mg/L、氧化锌48mg/L、乙二胺为48ml/L、三乙醇胺为70ml/L，电流密度为3.8A/dm2，阳极为不锈钢或纯锌板，温度为38℃。
氢脆的检测方法将上述方法依次电镀铜、镍、锌后的50个M4×30的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下5℃度放置24小时后取出恢复至22℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，无一断头，说明在电镀过程中没有产生氢脆现象。
工艺条件相同，改变电镀顺序，先镀锌，再镀铜，最后镀镍，取50个M4×30的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下5℃度放置24小时后取出恢复至22℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落，全部断头，说明在电镀过程中产生氢脆现象。
实施例4一种电镀金属紧固件，在螺丝的金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层。铜镀层的厚度为0.9um，镍镀层厚度为1um和锌镀层厚度为11um。
一种电镀螺柱的电镀工艺，工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠110mg/L、氯化镍15mg/L、十二烷基硫酸钠为25ml/L、电流密度为3A/dm2，阳极为不锈钢，温度为65℃；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠90mg/L、氧化锌42mg/L、乙二胺为27ml/L、三乙醇胺为55ml/L，电流密度为1.2A/dm2，阳极为不锈钢或纯锌板，温度为32℃。
氢脆的检测方法将上述方法依次电镀铜、镍、锌后的50个M6×30的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下7℃度放置204小时后取出恢复至40℃，再把铁板依竖立方式1.5米的高度自由下落，无一断头，说明在电镀过程中没有产生氢脆现象。
工艺条件相同，改变电镀顺序，先镀锌，再镀铜，最后镀镍，取50个M6×30的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下7℃度放置20小时后取出恢复至40℃，再把铁板依竖立方式1.5米的高度自由下落，全部断头，说明在电镀过程中产生氢脆现象。
实施例5一种电镀金属紧固件，在螺丝的金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层。铜镀层的厚度为1.6um，镍镀层厚度为1.7um和锌镀层厚度为13um。
一种电镀螺柱的电镀工艺，工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠90mg/L、氯化镍22mg/L、十二烷基苯磺酸钠为15ml/L、电流密度为4.5A/dm2，阳极为不锈钢，温度为75℃；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠130mg/L、氧化锌27mg/L、乙二胺为40ml/L、三乙醇胺为26ml/L，电流密度为3A/dm2，阳极为不锈钢或纯锌板，温度为19℃。
氢脆的检测方法将上述方法依次电镀铜、镍、锌后的50个M10×60的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下7℃ 度放置28小时后取出恢复至18℃，再把铁板依竖立方式0.8米的高度自由下落，无一断头，说明在电镀过程中没有产生氢脆现象。
工艺条件相同，改变电镀顺序，先镀锌，再镀镍，最后镀铜，取50个M10×60的螺丝套入弹垫，并以螺丝扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝在冰箱里零下7℃度放置28小时后取出恢复至18℃，再把铁板依竖立方式0.8米的高度自由下落，全部断头，说明在电镀过程中产生氢脆现象。
权利要求
1.一种电镀金属紧固件，其特征在于在金属紧固件的金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层。
2.如权利要求1所述的一种电镀金属紧固件，其特征在于铜镀层的厚度为0.5-2um，镍镀层厚度为0.5-2um和锌镀层厚度为10-14um。
3.一种电镀金属紧固件的电镀工艺，其特征在于电镀工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌。
4.如权利要求3所述的一种电镀金属紧固件的电镀工艺，其特征在于电镀镍工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠80-120mg/L、氯化镍10-25mg/L、表面活性剂为10-30ml/L、电流密度为2-5A/dm2，阳极为不锈钢，温度为60-80℃；电镀锌工艺的溶液组成与工艺条件是氢氧化钠70-150mg/L、氧化锌20-48mg/L、乙二胺为20-48ml/L、三乙醇胺为10-70 ml/L，电流密度为0.2-3.8A/dm2，阳极为不锈钢或纯锌板，温度为12-38℃。
5.如权利要求4所述的一种电镀金属紧固件的电镀工艺，其特征在于表面活性剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
6.一种电镀金属紧固件的氢脆的检测方法，其特征在于在金属紧固件的表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层，工艺步骤依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌，氢脆的检测方法包括以下工艺步骤将金属紧固件套入弹垫，并以金属紧固件扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧；测试时金属紧固件在零下5℃以下的温度放置20～28小时后取出恢复至5℃以上，再把铁板依竖立方式0.8～1.5米的高度自由下落，没有断头就表示在电镀过程中没有产生氢脆现象，有断头就表示在电镀过程中产生氢脆现象。
7.如权利要求6所述的一种电镀金属紧固件的氢脆的检测方法，其特征在于测试时金属紧固件在冰箱里零下5℃的温度放置24小时后取出恢复至18℃～40℃，再把铁板依竖立方式一米高度自由下落。
全文摘要
一种电镀金属紧固件，在金属基体表面依次设有铜镀层、镍镀层和锌镀层；其电镀工艺依次为电镀铜、电镀镍和电镀锌工艺步骤；其氢脆的检测方法包括以下工艺步骤将金属紧固件套入弹垫，并以金属紧固件扭力标准的2/3的扭矩旋入铁板孔内，直至拧紧。测试时螺丝必须在冰箱里零下5℃的温度放置24小时后取出恢复至常温，再把铁板依竖立方式约一米高度自由下落，没有断头就表示氢脆合格，有断头就是氢脆不合格。本发明电镀金属紧固件和电镀工艺具有不产生氢脆的优点；本发明的氢脆的检测方法能简单有效的检测在电镀过程中是否产生氢脆。
文档编号G01N3/00GK1995474SQ20061012417
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者杨东佐 申请人:杨东佐