专利名称：热浸镀铝工艺及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于热镀技术领域，具体涉及采用一种热浸镀铝工艺及其应用。
背景技术：
现今常用的工业灯具外壳等材料在强腐蚀环境应用，如在海洋这一特殊的工作环境中，更易被腐蚀。这是因为海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。这不但严重地影响产品的外观，而且还削弱了材料的力学性能，造成严重的经济损失。因此，通常情况下，采取在其表面施加防护涂层的方式进行保护。然而采用上述方法保护时，很多情况下涂层的附着力不良，接头、支撑处涂装不充分易发生缝隙腐蚀，而且，选择涂料进行保护时，应依据基体选择配套的涂层系统，同时，还需日常监测维护，及时修补，避免涂料厚度不均，工作量大。目前，热浸镀铝工艺很多，但工艺均较复杂。使用较广泛的改进的森吉米尔法，其镀件必须用保护气与空气相隔离，因此整个流程均是密闭的，且保护气必须经常更换，这就使得该工艺实施起来较困难，而且生产成本很高。且到今为止，还没有出现针对海洋工作环境中的镀件进行热浸镀铝工艺设计的现有技术。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种耐高温腐蚀、操作简单、适于工业化生产的热浸镀铝工艺，应用该工艺处理的镀件耐海水腐蚀性能优良，镀件与镀层结合强度高。以及，提供上述热浸镀铝工艺用于对在海洋环境中使用的金属材料的表面处理。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是—种热浸镀铝工艺，其包括以下步骤获取镀件；对镀件进行预处理；将预处理后的镀件放入助镀剂中进行助镀；将助镀后的镀件放入热镀液中进行热浸镀；将热浸镀后的镀件进行钝化处理；所述热镀液为熔融状态的铝液，所述热浸镀的温度为650 750°C，时间为4 8 分钟。以及，上述热浸镀铝工艺用于对在海洋环境中使用的金属材料的表面处理。上述热浸镀铝工艺通过将所要热镀的镀件进行预处理后进行助镀、热浸镀和钝化处理，工序简单，各步骤中将镀件浸没于相应的处理液中进行处理，且温度、时间易控制，因此该处理工艺操作方便、易控制，提高了生产效率，适于工业化生产；由于使用了合理的助镀工序，在镀件表面形成完整且无孔隙的保护膜，有效防止了预处理的镀件被氧化；由该工艺制备的镀件镀层致密、均勻、渗层厚度深，进而使镀件具备耐海水腐蚀性能和耐高温性能，提高了镀件在海洋工作环境中的应用性能。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图
及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供的一种热浸镀铝工艺，包含如下步骤获取镀件；对镀件进行预处理；将预处理后的镀件放入助镀剂中进行助镀；将助镀后的镀件放入热镀液中进行热浸镀；将热浸镀后的镀件进行钝化处理；所述热镀液为熔融状态的工业纯铝液；所述热浸镀的温度为650 750°C，时间为4 8分钟。上述预处理包括除油和除锈步骤，所述除油步骤包括如下过程优选将镀件置于含有20 50g/L氢氧化钠、30 50g/L碳酸钠、20 40g/L磷酸钠、3 6g/L硅酸钠、溶剂为水的除油液中，在温度60 90°C下浸泡、清洗镀件，然后采用清水除去除油液。该镀件在除油液中处理时间依镀件表面油污情况确定，通常5 15min即可彻底除去油污，可根据实际情况，油污多时可适当延长处理的时间，相应的，油污少时就可灵活的减少处理时间，但最终应该将油污全部清除。油污清除后，可进一步用清水清洗镀件，从而完全除去镀件表面残留的除油液。用清水清洗镀件时的清水温度优选采用20 50°C的温水或60 90°C的高温水。该除油剂为碱性溶液，能有效的与镀件表面的油渍发生作用，从而达到很好的去油效果。所述除锈预处理优选将除油后的镀件置于含有3 15%盐酸、5 15%硫酸、 0.2 1.0%缓蚀剂、溶剂为水的除锈液中浸泡除锈，之后清洗除去除锈液，例如用清水洗去除锈液。其中，缓蚀剂优选但不仅仅限于乌洛托品，除锈剂中的酸能有效的溶解镀件表面生成的铁锈，缓蚀剂特别是乌洛托品能有效防止酸与镀件发生反应，对镀件产生腐蚀，阻止镀件表面被腐蚀变黑。此除锈液在常温下使用，可以除中等或严重的锈蚀，处理时间优选为 5 lOmin，可根据实际情况，锈蚀严重时可适当延长处理的时间，相应的，锈蚀相对轻时就可灵活的减少处理时间，但最终应该将锈蚀全部清除。除锈结束后应立即对镀件进行严格的清洗，以完全清除镀件表面的酸液，防止酸液对镀件的腐蚀。上述助镀是将进行预处理后的镀件置于助镀剂中进行助镀处理，所述的助镀剂包含按重量百分比计的2 6%的硼砂、1 5%的氯化铵，余量为水。该助镀处理的温度优选为80 95°C，时间优选为2 6分钟。该助镀处理是熔剂法镀铝中一道至关重要的工序， 助镀剂选择是否适当直接关系到镀层质量的好坏。而本实施例中选用合适的助镀剂，在热浸镀时极易从镀件表面脱除，对镀件上的氧化物有极好的吸附溶解作用，且对镀液无污染， 因此，在镀件表面形成完整且无孔隙的保护膜，有效防止了预处理的镀件被氧化。上述热镀处理是将经助镀处理后的镀件置于热镀液中进行热浸镀，热浸镀的温度为650 750°C，时间为4 8分钟。该热镀液为熔融状态的铝液，该铝液优选为工业纯铝液。热浸镀的温度不能过高或过低，温度过低，如低于650°C，会导致铝不能充分熔融， 从而导致镀件的镀层不均，镀层与镀件基体结合不牢等问题的出现；温度过高时，如大于 750°C，虽然本步骤的热浸镀工序能照常进行，但是会增加热浸镀工序操作难度，铝液蒸发大，影响镀件的镀层质量，而且温度过高，增加了镀件镀层形成的生产成本，经实验得出，温度在650 750°C为宜。热浸镀的时间不宜过短，过短的话，会导致镀件镀层厚度过低，降低镀层与镀件基体的结合强度，时间过长，虽然能很好的增加镀层厚度和镀层与镀件基体的结合强度，但是会导致镀层过厚，从而增加不必要的生产成本，经实验得出，在上述温度下， 时间为4 8分钟为宜。上述钝化处理是将热浸镀后的镀件待冷却后，将镀件置于酸液中并采用超音波震荡机中振荡5 20分钟，优选为15分钟。该钝化处理的目的是使镀件表面的镀层形成连续、致密的钝化膜，提高镀件的耐腐蚀性能，最后再以大量清水清洗样品表面。所述酸液包含硝酸、磷酸和蒸馏水，所述硝酸、磷酸和蒸馏水的体积比优选为 1 1 10 20，更优选 1 1 15。上述镀件优选为在海洋环境中使用的金属材料，尤其是照明器件的壳体。上述热浸镀铝工艺只需将所要热镀的镀件进行预处理后进行助镀、热浸镀和钝化处理，工序简单，各步骤中只需将镀件浸没相应的处理液中进行处理，且温度、时间易控制， 因此该处理工艺操作方便、易控制，提到了生产效率，适于工业化生产；由于选用合适的助镀剂，在热浸镀时极易从镀件表面脱除，对镀件上的氧化物有极好的吸附溶解作用，且对镀液无污染，因此，在镀件表面形成完整且无孔隙的保护膜，有效防止了预处理的镀件被氧化；由该工艺处理的镀件镀层致密、均勻、渗层厚度深，进而使材料具备耐海水腐蚀性能和耐高温性能，即能耐高温环境下的海水腐蚀。正是由于利用上述热浸镀铝-硅工艺所制备的镀件具有上述优异性能，因此利用该热浸镀铝工艺可用于对在海洋环境中使用的金属材料的表面处理，尤其是对照明器件壳体的表面处理。以下通过多个实施例来举例说明热浸镀铝工艺及应用性能等方面。实施例1A3钢材质表面热浸镀铝获取A3钢板，其前处理工序为除油(脱脂)、清洗、除锈、清洗等预处理，以及助
镀处理等。1.除油预处理将镀件置于80°C的除油液中进行除油预处理，该除油液配方为 35g/L氢氧化钠、40g/L碳酸钠、40g/L磷酸钠、5g/L硅酸钠、余为水，处理时间10分钟，除油效果目测检查即可，除油后立即进行清洗，清洗采用85°C的高温水，去掉镀件表面的除油液；2.除锈预处理在室温下，将经除油后的镀件置于除锈液中进行除锈预处理为 5min，该除锈液配方为15%盐酸、15%硫酸、乌洛托品、余量为水，除锈结束后应立即进行严格的清洗以清除镀件表面的酸液；3.助镀处理将经除锈后的镀件置于温度为90°C的助镀剂中进行助镀5min，该助镀剂为6%硼砂、2%氯化铵，其余为水；4.热浸镀处理将经助镀后镀件置于盛有热镀液的镀铝槽中在720°C下进行浸渡8分钟，热镀液为熔融状态的工业纯铝；5.钝化处理将热浸镀后的镀件冷却后，将镀件置于酸液中并采用超音波震荡机振荡6分钟后取出，所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸馏水，该硝酸、磷酸、蒸馏水的体积优选比为 1 1 15。将按上述处理后的该镀件在700°C下进行循环氧化实验以判断其高温耐蚀性能， 结果显示A3钢经浸镀处理后抗高温氧化腐蚀性能明显优于未经浸镀处理的A3钢，可以部分代替不锈钢。且所获得镀层均勻、致密。实施例2A3钢材表面热浸镀铝获取A3钢材，其前处理工序为除油(脱脂)、清洗、除锈、清洗等预处理，以及助
镀处理等。1.除油预处理将镀件置于90°C的除油液中进行除油预处理，该除油液配方为 20g/L氢氧化钠、30g/L碳酸钠、30g/L磷酸钠、6g/L硅酸钠、余为水，处理时间5分钟，除油效果目测检查即可，除油后立即进行清洗，清洗可采用常温水或60°C的高温水，目的是去掉镀件表面的除油液；2.除锈预处理将经除油后的镀件置于除锈液中进行除锈预处理lOmin，该除锈液配方为3%盐酸、5%硫酸、0. 5%乌洛托品、余量为水，除锈结束后应立即进行严格的清洗以清除镀件表面的酸液；3.助镀处理将经除锈后的镀件置于温度为95°C的助镀剂中进行助镀aiiin，该助镀剂为2%硼砂、5%氯化铵，其余为水；4.热浸镀处理将经助镀后镀件置于盛有680°C的热镀液的镀铝槽中进行浸渡4 分钟，热镀液配方为熔融状态的工业纯铝液；5.钝化处理将热浸镀后的镀件冷却后，将镀件置于酸液中并采用超音波震荡机振荡15分钟后取出，所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸馏水，该硝酸、磷酸、蒸馏水的体积优选比为 1 1 10。将按上述处理后的该镀件表面获得镀层均勻、致密。实施例3A3钢材表面热浸镀铝获取A3钢材，其前处理工序为除油(脱脂)、清洗、除锈、清洗等预处理，以及助
镀处理等。1.除油预处理将镀件置于90°C的除油液中进行除油预处理，该除油液配方为 50g/L氢氧化钠、50g/L碳酸钠、20g/L磷酸钠、3g/L硅酸钠、余为水，处理时间15分钟，除油效果目测检查即可，除油后立即进行清洗，清洗可采用80°C的高温水，目的是去掉镀件表面的除油液；2.除锈预处理将经除油后的镀件置于除锈液中进行除锈预处理lOmin，该除锈液配方为3%盐酸、5%硫酸、0. 8%乌洛托品、余量为水，除锈结束后应立即进行严格的清洗以清除镀件表面的酸液；3.助镀处理将经除锈后的镀件置于温度为80°C的助镀剂中进行助镀6min，然后干燥，该助镀剂为2%硼砂、5%氯化铵，其余为水；
4.热浸镀处理将经助镀后镀件置于盛有740°C的热镀液的镀铝槽中进行浸渡2 分钟，热镀液配方为熔融状态的纯铝；5.钝化处理将热浸镀后的镀件冷却后，将镀件置于酸液中并采用超音波震荡机振荡5分钟后取出，所述酸液包含硝酸、磷酸、蒸馏水，该硝酸、磷酸、蒸馏水的体积优选比为 1 1 15。将按上述处理后的该镀件表面获得镀层均勻、致密，且与镀件基体结合良好。实施例4ICr 13不锈钢材表面热浸镀铝依据上述实施例1工艺流程及工艺条件对lCrl3不锈钢材表面进行热水浸泡 —除油一清洗一除锈一清洗一助镀处理一烘干一热浸镀一无钝化，对不锈钢进行表面处理而后热浸镀铝硅。而后进行90(TC循环氧化实验，其性能优于未浸镀件，其腐蚀深度R < 0. lmm/a，具备完全抗氧化腐蚀性能。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种热浸镀铝工艺，包含如下步骤获取镀件；对镀件进行预处理；将预处理后的镀件放入助镀剂中进行助镀；将助镀后的镀件放入热镀液中进行热浸镀；将热浸镀后的镀件进行钝化处理；所述热镀液为熔融状态的铝液；所述热浸镀的温度为650 750°C，时间为4 8分钟。
2.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述助镀剂包含按重量百分比计的下列成分2 6%的硼砂、1 5%的氯化铵，余量为水。
3.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述助镀的温度为80 95°C，时间为2 6min。
4.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述钝化处理是将热浸镀后的镀件冷却后，将热浸镀后的镀件置于酸液中并采用超音波振荡5 20分钟。
5.如权利要求4所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述酸液包含硝酸、磷酸和蒸馏水，所述硝酸、磷酸和蒸馏水的体积比为1 1 10 20。
6.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述预处理包括除油步骤，所述除油步骤包括如下过程将镀件置于含有20 50g/L氢氧化钠、30 50g/L碳酸钠、20 40g/L磷酸钠、3 6g/L硅酸钠、溶剂为水的除油液中，在温度60 90°C下浸泡、清洗镀件， 然后采用清水除去除油液。
7.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述预处理包括除锈步骤，所述除锈步骤包括如下过程将镀件置于含有3 15%盐酸、5 15%硫酸、0. 2 1. 0%缓蚀剂、 溶剂为水的除锈液中浸泡除锈，之后清洗除去除锈液。
8.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述缓蚀剂为乌洛托品。
9.如权利要求1所述的热浸镀铝工艺，其特征在于所述镀件为在海洋环境中应用的照明器件的壳体。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的热浸镀铝工艺用于对在海洋环境中使用的金属材料的表面处理。
全文摘要
本发明提供一种钢材热浸镀铝工艺及其应用，包含下列步骤获取镀件；对镀件进行预处理；将预处理后的镀件放入助镀剂中进行助镀；将助镀后的镀件放入热镀液中进行热浸镀；将热浸镀后的镀件进行钝化处理；所述热镀液为熔融状态的铝液；所述热浸镀的温度为650～750℃，时间为4～8分钟。本发明钢材热浸镀铝工艺简单、适于工业化生产，由该工艺制备的钢材耐海水腐蚀性能优良，镀件与镀层结合强度高，适用于对金属材料表面进行热浸镀处理，尤其适用于在海洋环境中应用的器件壳体的表面处理。
文档编号C23C2/12GK102251203SQ201010177078
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者周明杰, 李里 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司