专利名称：局部化学镀长管表面的方法
技术领域：
本发明涉及一种局部化学镀长管表面的方法，是一种局部化学镀长管的孔内、外表面全部或部分的方法，属于化学镀和防腐蚀技术领域。
背景技术：
传统的化学镀工艺，由于受镀槽尺寸的限制，使长管不能进行化学清洗和化学镀。即使镀槽尺寸足够大，长管达到一定长度后很难保证管内镀液的循环，影响内孔镀层的质量和均匀性。
JP63195279公开了一种先清洗工件内孔，再通入化学镀液进行化学镀的方法。该方法中化学镀液流经工件始终是一个方向。由于化学镀液流经工件表面时，不断地发生化学沉积，伴随着一系列的化学反应，导致其在流入端与流出端之间存在浓度差，因而镀层厚度不一致，影响镀层质量。
CN1033593C公开了一种槽外化学镀的方法，可以定时、交替地改变化学镀液流经工件的流向，改进了镀液在工件内孔中的成分分布，在Φ25mm×6.3m长管内孔得到了厚度均匀的镀层。由于化学镀液在入口的浓度，随着其沉积的发生，镀液浓度发生变化，不能保证中间的镀液成分的均匀性，从而导致镀层的厚度不均匀。此外，若对于更长的管子需要更大的镀槽加热设备，镀液的成分梯度不能完全消除、将使得镀层厚度不能均匀一致，从而受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种局部化学镀长管表面的方法，该方法可以使长管表面的镀层厚度均匀一致，适合于各种长管，所使用的设备通用程度高、成本低，易自动化作业。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种局部化学镀长管表面的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、采用装有化学镀液的镀液槽、镀液驱动装置、并通过管道和阀门将所要化学镀的长管连接构成回路；(2)、启动镀液驱动装置将镀液槽中的化学镀液注入长管内，使化学镀液通过长管且充满在长管内，同时，采用加热器在长管外部与长管内化学镀液流动方向进行相对移动，对长管内的化学镀液局部加热，使长管内的表面进行化学镀；(3)、将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内的表面全部或局部化学镀结束为止。
加热器对工件(长管)加热，只是对长管的某一段进行局部加热，即，加热器对长管的该段内的化学镀液进行加热，使该段内的化学镀液的温度达到化学镀的温度，从而使该段的内表面进行化学镀。由于加热器和工件(长管)的相对移动，可以使长管内的表面全部或局部进行化学镀。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(2)中，化学镀液在长管内的流动速度为0～500mm/s。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，加热器在长管外部的移动可以是以下两种移动方式第一种移动方式是在所述步骤(2)中，加热器在长管外部的移动是连续式移动，加热器在长管外部的移动速度为0.1～500mm/min。
第二种移动方式是在所述步骤(2)中，加热器在长管外部的移动是步进式移动，即以所采用的加热器的长度相对长管中的一段，加热长管的一段后再加热长管的另一段，一段接一段步进式移动。
加热器的加热方式是将加热器的整个热源包住工件(长管)，即让工件(长管)处于加热器温度场的中心。
镀层厚度是由加热器和工件(长管)的相对移动速度、加热器的有效加热长度(一般为加热器的长度)及化学镀液的流速所控制决定的。在镀层厚度和化学镀液流速一定的情况下，加热器和工件(长管)的相对运动速度与加热器的有效加热长度有关，加热器有效加热长度越长，则其相对移动速度就越快；反之，则慢。
装载量为工件(长管)在化学镀液的表面面积dm2与化学镀液容积L之比，称为装载量或装载密度，装载量越小，即溶液越多，可提供足够的金属离子沉积，故流速可以很小。
化学镀液的流速与工件(长管)内孔有效加热长度的装载量成反比，当装载量很小时，化学镀液可以提供足够的金属离子，化学镀液流速可以很小，甚至为0；反之，化学镀液不能提供足够的金属离子，流速要加大。此外，镀液流速不能太快，否则会将沉积的镀层粒子冲走，镀速减慢、甚至不能沉积到工件内孔表面。
通过控制加热器和工件(长管)的相对移动速度、化学镀液的流动速度，可控制工件(长管)内表面的镀层厚度，得到厚度为1～100μm镀层。加热器与工件相对运动结束，工件内孔完成化学镀。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(2)中，所采用的加热器使长管内的化学镀液的温度为20～95℃。根据不同化学成分的化学镀液，采取不同的温度。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(2)中，所采用的加热器为电阻丝加热装置、水浴加热装置、红外加热装置、或蒸汽加热装置。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(1)中，所采用的镀液驱动装置为循环泵、或高位槽及泵、或气压装置。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(1)中，所采用的长管的材料为铝、铜、镍、钢铁、铝合金、铜合金、镍合金。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(1)中，所采用的长管的截面形状为圆形、方形或异形。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(1)中，所采用的长管的截面形状为圆形，长管的内孔直径为1～1000mm，长管的长度与内孔的比值为10∶1～10000∶1。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(1)中，所采用的长管的截面形状为方形，长管的内方孔边长为1～1000mm，长管的长度与内方孔边长的比值为10∶1～10000∶1。
在本发明的局部化学镀长管表面的方法中，在所述步骤(1)中，所述的镀液槽中的化学镀液为镍、铜、锡或贵金属镀液。
本发明的局部化学镀长管表面的方法也可以适用于两层以上的复合镀层，即，在所述步骤(1)中，所述的镀液槽为两个以上，分别装有不同的化学镀液，所述的镀液槽分别通过管道和阀门与长管并联；每个镀液槽的化学镀液按所规定的复合镀液层的要求分先后进行步骤(2)和步骤(3)的每一层的化学镀，直至制成两层以上的复合镀层为止。在每一层的化学镀之后都用去离子水清洗干净。
本发明的局部化学镀长管表面的方法还可以适用于长管内外表面的化学镀，即一种局部化学镀长管表面的方法，该方法包括下述步骤(1)、将所要化学镀的长管外部包有一层外管，采用装有化学镀液的镀液槽、镀液驱动装置、并通过管道和阀门构成回路，且将长管、长管和外管间的夹套并联在所述的回路中；(2)、启动镀液驱动装置将镀液槽中的化学镀液注入长管及夹套内，使化学镀液通过长管及夹套且充满在长管及夹套内，同时，采用加热器在外管外部与长管及夹套内化学镀液流动方向进行相对移动，对长管及夹套内的化学镀液局部加热，使长管内外的表面进行化学镀；
(3)、将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内外的表面全部或局部化学镀结束为止。
上述方法是长管和外管间的夹套共用一套镀液槽和镀液驱动装置，可在长管内外表面镀同种镀层；下述方法是长管和外管间的夹套各自采用镀液槽和镀液驱动装置，两个镀液槽装有不同化学镀液，可在长管内外表面镀不同种镀层。该长管的内外表面镀不同种镀层的方法如下一种局部化学镀长管表面的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、将所要化学镀的长管外部包有一层外管，采用两套装有不同化学镀液的镀液槽和镀液驱动装置、并分别通过管道和阀门构成两套回路，且将长管、长管和外管间的夹套各并联在一套回路中；(2)、分别启动镀液驱动装置将镀液槽中的不同化学镀液分别注入所对应的长管及夹套内，使不同化学镀液分别通过长管及夹套且充满在长管及夹套内，同时，采用加热器在外管外部与长管及夹套内化学镀液流动方向进行相对移动，对长管及夹套内的化学镀液局部加热，使长管内外的表面进行不同镀液的化学镀；(3)、将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内外的表面全部或局部化学镀结束为止。
因此，本发明的局部化学镀长管表面的方法可以适用于长管内、外、内外(内外镀层可同种也可不同种)表面的化学镀。
本发明的方法可用于化学镀，也可用于化学清洗，即将化学镀液换成化学清洗液即可。
本发明是一种局部化学镀长管表面全部或部分的方法，通过加热器和工件(长管)之间的相对运动，消除化学镀液的成分梯度，控制镀层沉积区域，从而保证内孔中镀层均匀一致。该方法可适合于制备直径为1～1000mm的各种常规管或异形管，可应用于航空航天、石油、化工、电力、制药等行业，具有广泛的适用范围。
本发明的方法适用于一切管状及类似管状的器件，如管道、管式散热器等。适用于一切可以进行化学镀的材料，如铝、铜、镍、钢铁等材料及其合金。
本发明的优点是突破传统的整体化学镀的方法，采用局部化学镀长管表面的方法，通过控制化学镀液的温度和流速，来控制长管内孔(或外、或内外)表面的化学镀的区域，可以避免化学镀液在工件内的成分梯度，使得工件内孔的镀层厚度均匀一致。此外，本发明适合于各种长管，长度与内孔的比值可以从10∶1～10000∶1，甚至更大。其设备通用程度高、成本低，易自动化作业。
实施例1
使用直径为3.0mm、长3m的铝管为坯件，在对其进行除油、酸洗、二次浸锌处理后进行化学镀镍磷合金。先进行碱性预镀镍磷，再进行酸性化学镀镍磷合金。采用成熟的化学镀液配方、工艺如下碱性镀液NiSO4·6H2O 30g/LNaH2PO2·H2O 10g/L柠檬酸钠 100g/L氯化铵50g/LPH值为8.5～9.5，温度为40～45℃，时间5min；酸性镀液NiSO4·6H2O 25g/LNaH2PO2·H2O 24g/L乳酸 25ml/L硼酸 20g/LPH值为4.5～5.0，温度为80～95℃，时间60min，镀液流速为5～10mm/s，加热器和工件的相对移动速度为10～15mm/min。
采用分别装有上述碱性镀液、酸性镀液的两个镀液槽、及一个装有去离子水的清洗槽，通过循环泵、管道和阀门分别与铝管(工件)并联构成回路。加热器采用套管状的电阻丝加热装置，该加热装置包住铝管的一段。
先进行碱性预镀镍磷，打开碱性镀液槽的出口阀门，启动循环泵，使碱性镀液槽中的碱性镀液注入铝管内，使碱性镀液通过铝管且充满在管内，同时，采用电阻丝加热装置在铝管外部，从铝管的一端向另一端，与管内碱性镀液流动方向进行相对移动，并对管内的碱性镀液加热，其中，碱性镀液加热温度为40～45℃，碱性镀液流速为5～10mm/s，加热器和铝管的相对移动速度为120～130mm/min。碱性镀液循环使用，直至铝管内的表面全部或局部化学镀结束为止，关闭循环泵、及碱性镀液槽的出口阀门，碱性预镀镍磷结束。
然后，用去离子水清洗。打开离子水清洗槽的出口阀门，启动循环泵，使离子水通过铝管，进行清洗。清洗后，关闭循环泵、及离子水清洗槽的出口阀门。
再进行酸性化学镀镍磷合金，打开酸性镀液槽的出口阀门，启动循环泵，使酸性镀液槽中的酸性镀液注入铝管内，使酸性镀液通过铝管且充满在管内，同时，采用电阻丝加热装置在铝管外部，从铝管的一端向另一端，与管内酸性镀液流动方向进行相对移动，并对管内的酸性镀液加热，其中，酸性镀液加热温度为80～95℃，酸性镀液流速为5～10mm/s，加热器和铝管的相对移动速度为10～15mm/min。酸性镀液循环使用，直至铝管内的表面全部或局部化学镀结束为止，关闭循环泵、及酸性镀液槽的出口阀门，酸性化学镀镍磷合金结束。
将该长3m的铝管截成10段，经测定该镀层的厚度为10±1μm，再用线切割将管子剖开，发现内孔表面有一层均匀的镀层。
实施例2用直径为3.0mm、长12m的纯铝异形管为坯件代替实施例1中的3m长的铝管，镀液流速为15～30mm/s，其余按照实施例1中的条件进行。将12m长的管子截成20段，经测定该镀层的厚度为15±1μm，内孔表面有一层均匀的镀层。
实施例3用直径为5.0mm、长1m的纯铝异形管为坯件代替实施例1中的3m长的铝管，镀液流速为500mm/s，其余按照实施例1中的条件进行。将1m长的管子截成4段，经测定该镀层的厚度为3±0.5μm，内孔表面有一层均匀的镀层。
实施例4用直径为200.0mm、长2.2m的纯铝管为坯件代替实施例1中的3m长的铝管，镀液充满纯铝管内后，流速为0mm/s，其余按照实施例1中的条件进行。将2.2m长的管子截成5段，经测定该镀层的厚度为6±1μm，内孔表面有一层均匀的镀层。
实施例5用直径为2.0mm，长5m的1Cr18Ni9Ti不锈钢管，首先对不锈钢管内孔进行碱洗、酸洗、活化，然后化学镀镍。其化学镀镍液如下NiSO4·6H2O 22g/LNaH2PO2·H2O 14g/LCH3COONa·3H2O 10g/LCH3COOH 7g/L硫脲 0.002g/LPH值为4.0～5.0，温度为80～95℃，时间60min，镀液流速为15～30mm/s，采用步进式移动，每段的化学镀时间为60min。
其具体过程如下采用装有上述化学镀镍液的镀液槽，通过循环泵、管道和阀门分别与1Cr18Ni9Ti不锈钢管(工件)连接构成回路。加热器采用套管状的电阻丝加热装置，该套管状的电阻丝加热装置包住该不锈钢管的一段。
打开镀液槽的出口阀门，启动循环泵，使镀液槽中的化学镀镍液注入不锈钢管内，使化学镀镍液通过不锈钢管且充满在管内，同时，采用电阻丝加热装置在不锈钢管外部，从不锈钢管的一端向另一端，与管内化学镀镍液流动方向进行相对移动，且加热器对不锈钢管采取步进式移动，即，加热不锈钢管的一段后再加热不锈钢管的下一段，一段接一段步进式移动。其中，化学镀镍液加热温度为80～95℃，化学镀镍液流速为15～30mm/s，每段的化学镀时间(即加热器在每一段加热时间)为60min。化学镀镍液循环使用，直至不锈钢管内的表面全部或局部化学镀结束为止，关闭循环泵、及镀液槽的出口阀门，化学镀镍结束。
将不锈钢管截成10段，经测定该镀层的厚度为12±1μm，内孔表面有一层均匀的镀层。
实施例6用直径为3.0mm，长1.5m的内孔镀镍铝管(镀层10μm)代替实施例5中的不锈钢管，将内孔进行清洗，然后化学镀铜。其化学镀铜液如下CuSO4·5H2O 10g/L甲醛(37％) 20ml/LEDTA钠盐 20NaOH 10g/L甲基二氯硅烷 0.25g/LPH值为11.5～12.5，温度为55～65℃，时间60min，镀液流速为15～30mm/s，采用步进式移动，每段的化学镀时间为60min。除上述工艺条件外，其处理具体过程同实施例5。
将铝管截成5段，经测定该复合镀层的厚度为15±1μm，内孔表面有一层均匀的铜镀层。
实施例7用直径为3.0mm，长2m的内孔镀镍铝管(镀层10μm)代替实施例1中的铝管，将内孔进行清洗，然后化学复合镀Ni-P/Al2O3。其化学镀液如下NiSO4·6H2O 20g/LNaH2PO2·H2O 24g/L乳酸 20ml/L丙酸 5ml/LKIO32mg/LAl2O36g/LPH值为4.5～5.0，温度为80～85℃，时间60min，镀液流速和加热器移动速度同实施例1中的酸性镀液。
其具体过程如下采用装有上述化学复合镀Ni-P/Al2O3液的镀液槽，通过循环泵、管道和阀门分别与镀镍铝管(工件)连接构成回路。加热器采用套管状的电阻丝加热装置，该套管状的电阻丝加热装置包住该镀镍铝管的一段。
打开镀液槽的出口阀门，启动循环泵，使镀液槽中的化学镀液注入镀镍铝管内，使化学镀镍液通过镀镍铝管且充满在管内，同时，采用电阻丝加热装置在镀镍铝管外部，从镀镍铝管的一端向另一端，与管内化学镀液流动方向进行相对移动，并对管内的化学镀液加热，其中，化学镀液加热温度为80～85℃，化学镀液流速为5～10mm/s，加热器和镀镍铝管的相对移动速度为10～15mm/min。镀液循环使用，直至镀镍铝管内的表面全部或局部化学镀结束为止，关闭循环泵、及化学镀液槽的出口阀门，结束。
将铝管截成5段，经测定该复合镀层的厚度为20±1μm，经能谱分析镀层含有Al2O3。
权利要求
1.一种局部化学镀长管表面的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、采用装有化学镀液的镀液槽、镀液驱动装置、并通过管道和阀门将所要化学镀的长管连接构成回路；(2)、启动镀液驱动装置将镀液槽中的化学镀液注入长管内，使化学镀液通过长管且充满在长管内，同时，采用加热器在长管外部与长管内化学镀液流动方向进行相对移动，对长管内的化学镀液局部加热，使长管内的表面进行化学镀；(3)、将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内的表面全部或局部化学镀结束为止。
2.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，化学镀液在长管内的流动速度为0～500mm/s。
3.根据权利要求2所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，加热器在长管外部的移动是连续式移动，加热器在长管外部的移动速度为0.1～500mm/min。
4.根据权利要求2所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，加热器在长管外部的移动是步进式移动，即以所采用的加热器的长度相对长管中的一段，加热长管的一段后再加热长管的另一段，一段接一段步进式移动。
5.根据权利要求3或4所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，所采用的加热器使长管内的化学镀液的温度为20～95℃。
6.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，所采用的加热器为电阻丝加热装置、水浴加热装置、红外加热装置、或蒸汽加热装置。
7.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所采用的镀液驱动装置为循环泵、或高位槽及泵、或气压装置。
8.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所采用的长管的材料为铝、铜、镍、钢铁、铝合金、铜合金、镍合金。
9.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所采用的长管的截面形状为圆形、方形或异形。
10.根据权利要求9所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所采用的长管的截面形状为圆形，长管的内孔直径为1～1000mm，长管的长度与内孔的比值为10∶1～10000∶1。
11.根据权利要求9所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所采用的长管的截面形状为方形，长管的内方孔边长为1～1000mm，长管的长度与内方孔边长的比值为10∶1～10000∶1。
12.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所述的镀液槽中的化学镀液为镍、铜、锡或贵金属镀液。
13.根据权利要求1所述的局部化学镀长管表面的方法，其特征在于在所述步骤(1)中，所述的镀液槽为两个以上，分别装有不同的化学镀液，所述的镀液槽分别通过管道和阀门与长管并联；每个镀液槽的化学镀液按所规定的复合镀液层的要求分先后进行步骤(2)和步骤(3)的每一层的化学镀，直至制成两层以上的复合镀层为止。
14.一种局部化学镀长管表面的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、将所要化学镀的长管外部包有一层外管，采用装有化学镀液的镀液槽、镀液驱动装置、并通过管道和阀门构成回路，且将长管、长管和外管间的夹套并联在所述的回路中；(2)、启动镀液驱动装置将镀液槽中的化学镀液注入长管及夹套内，使化学镀液通过长管及夹套且充满在长管及夹套内，同时，采用加热器在外管外部与长管及夹套内化学镀液流动方向进行相对移动，对长管及夹套内的化学镀液局部加热，使长管内外的表面进行化学镀；(3)、将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内外的表面全部或局部化学镀结束为止。
15.一种局部化学镀长管表面的方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、将所要化学镀的长管外部包有一层外管，采用两套装有不同化学镀液的镀液槽和镀液驱动装置、并分别通过管道和阀门构成两套回路，且将长管、长管和外管间的夹套各并联在一套回路中；(2)、分别启动镀液驱动装置将镀液槽中的不同化学镀液分别注入所对应的长管及夹套内，使不同化学镀液分别通过长管及夹套且充满在长管及夹套内，同时，采用加热器在外管外部与长管及夹套内化学镀液流动方向进行相对移动，对长管及夹套内的化学镀液局部加热，使长管内外的表面进行不同镀液的化学镀；(3)、将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内外的表面全部或局部化学镀结束为止。
全文摘要
本发明涉及一种局部化学镀长管全部或局部表面的方法，用于提高内孔表面镀层的均匀性和工件的使用寿命。该方法包括下述步骤(1)采用装有化学镀液的镀液槽、镀液驱动装置、并通过管道和阀门将所要化学镀的长管连接构成回路；(2)启动镀液驱动装置将镀液槽中的化学镀液注入长管内，同时，采用加热器在长管外部相对移动，对长管内的化学镀液加热，使长管内的表面进行化学镀；(3)将回流到镀液槽的化学镀液继续循环使用，直至长管内的表面全部或局部化学镀结束为止。加热器和工件以0.1～500mm/min的速度进行相对移动，化学镀液以0～500mm/s的速度连续通过工件内孔。该方法制备的镀层完整、厚度均匀、设备简单，适合于长管内孔表面处理。
文档编号C23C18/31GK1900357SQ20051008501
公开日2007年1月24日 申请日期2005年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者王林山, 张小勇, 楚建新, 李永丰, 吕宏, 康志君, 林晨光 申请人:北京有色金属研究总院