专利名称：镍过渡层的镀膜工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镍过渡层的镀膜工艺，尤其涉及一种作为球铁和钢活塞环PVD过渡层的镍过渡层镀膜工艺，属于表面工程。
背景技术：
内燃机为了达到节能减排，给内燃机关键的心脏零件活塞环进行PVD表面处理成为热门话题，在这方面进行大量的研究开发。在球墨铸铁活塞环基材上直接进行PVD有一定的难度，虽然PVD膜也可以覆盖住球墨，但膜(PVD)基(球墨铸铁)的结合强度较差。在PVD 预处理工作中对活塞环清洗要求严格，PVD工作室的真空度要求高，制膜过程中对靶材、负偏压、工件温度都有严格要求，且PVD膜厚要达到一定厚度才能完全封闭基材表层球墨，使之有较好的膜基结合强度，这些给制膜过程带来相当的难度。较好的处理方法是在膜和基之间设置一个过渡层，好像双面胶一样，能很好的把膜稳定的安置在球墨铸铁上面。要通过这一过渡层使膜基结合强度能抵抗住内部应力和外界应力而不使膜层产生剥落或断裂，所以过渡层本身要和基材、和膜都有良好的相容性，从而对基材和膜都有很好的结合力；希望对基材和膜有相近的热膨胀系数，以防止从常温到发动机工作温度，从工作温度到常温产生较大的膨胀收缩应力造成膜层断裂。过渡层的生产过程必须不使活塞环变形而导致活塞环漏光。目前球铁和钢活塞环PVD的过渡层大多为氮化、少量镀铬。氮化层、镀铬层作为过渡层虽具备与基材和PVD (CrN)有好的相容性，但镀铬生产过程排污严重，影响环保，不宜采用；氮化生产过程虽无公害，但工件活塞环温度高、过程时间长，活塞环易变形、漏光，生产率低成本高。所以要开发新的过渡层来顶替氮化、镀铬过渡层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍过渡层的镀膜工艺，该过渡层与基材和PVD层结合紧密，镀膜工艺简单、环保。本发明所述的镍过渡层的镀膜工艺，包括以下步骤
(1)配制含有NiSO4 ·6Η20 :25-45g/L ；NaH2PO2 .H2O :15-28g/L ；柠檬酸钠10_25g/L ；醋酸钠:15-25g/L ；PH4-6 的镀液；
(2)将镀膜基材进行预清洗；
(3)将清洗完毕的镀膜基材放入75-90°C的镀液中，浸泡15-40分钟；
(4)将镀膜完毕的基材取出，水洗并烘干。所述的预清洗，包括以下步骤
(1)汽油清洗镀膜基材；
(2)在超声波清洗机内放入10-20%的脱脂剂，升温40-80°C，超声波清洗镀膜基材；
(3)流动水洗；
(4)用浓度低于10%的硫酸清洗镀膜基材；(5)流动水洗；
(6)用55-65°C的热水洗。所述镀膜基材为含铌富硅球墨铸铁，由按重量配比的以下元素组成C: 2. 9-3. 4% ；Si 4. 3-4. 8% ；Mn :0_1· 0% ；P 0-0. 1% ；S 0-0. 06% ；Cr 0-0. 2% ；Cu :0_1· 0% ；Nb 0-0. 6% ；Mg 0-0. 1% ；Ce :0. 02-0. 03%，其余为 Fe。所述镀液配制方法如下
(1)根据镀槽的额定容积，按照NiSO4 ·6Η20 25-45g/L ；NaH2PO2 -H2O 15_28g/L ；柠檬酸钠10-25g/L ；醋酸钠15-25g/L的浓度配比计算所需药品的质量；
(2)按计算结果将NiSO4· 6H20、柠檬酸钠、醋酸钠混合后加入到镀槽中，用蒸馏水加到镀槽额定容积的2/3，加热搅拌至药品完全溶解；
(3)按计算结果将NaH2PA· H2O单独放入一个桶内，加入镀槽额定容量1/3的蒸馏水， 搅拌溶解后倒入镀槽，升温用稀硫酸或氨水或氢氧化钠调节PH值至4-6。本发明公开的镍过渡层的镀膜工艺，有以下优点
(1)工艺简单，只需将镀膜基材放入镀液即可完成镀膜，时间短、效率高，且过程环保， 解决了传统镀铬污染严重的问题；
(2)完全覆盖基材所需的过渡层厚度薄，成本低，生产时间短、效率高；
(3)采用镍做过渡层材料，镍的熔点为1452°C，远大于活塞环的工作温度，在活塞环工作温度下有着很高的化学稳定性；
(4)镍过渡层与基材和PVD层的结合力都极佳；
(5)镀镍过渡层中含Cr量高达79.72%的镍光亮层形成低硬度基材与高硬度PVD膜之间的硬度梯度，镀镍过渡层作为低高两层之间的硬度过渡，使PVD (CrN)沉积在比基材硬度高的过渡层上，改善了 CrN的沉积状态；
(6)镍过渡层有着与钢铁相近的线膨胀系数，在活塞环运行中，镍过渡层与活塞环的基材的线膨胀系数差别小，相应尺寸变化就小，产生热胀冷缩的应力也小，镍过渡层就不易脱落或剥离，优于镀铬、氮化过渡层。
图1为基材-镍过渡层-PVD (CrN)扫描电镜图。图2为装车试验结果图。
具体实施例方式实施例1镍过渡层镀膜及PVD处理
镀液成分按 NiSO4 · 6H20 :25-45g/L ；NaH2PO2 · H2O :15_28g/L ；柠檬酸钠10_25g/L ；醋酸钠15-25g/L的浓度配比配置镀液，并用氨水调节PH值4-6。将含铌富硅球墨铸铁经汽油清洗；再超声波清洗机内放入10-20%的脱脂剂，升温40-80°C，超声波清洗；流动水洗； 浓度低于10%的硫酸清洗；流动水洗；55-65°C的热水洗处理后，放入镀液槽中，90°C保持镀膜20分钟，取出水洗并烘干，得到表面镀有镍过渡层的含铌富硅球墨铸铁。在此表面镀有镍过渡层的含铌富硅球墨铸铁上进行PVD (CrN)沉积。实施例2用扫描电镜实施例1得到的球墨铸铁，结果如图1，由图可知镍过渡层②上面有一层镍
光亮层①，它与PVD层 衔接。镍过渡层和镍光亮层次经电子探针测出其化学成分见表1 表
权利要求
1.一种镍过渡层的镀膜工艺，其特征在于包括以下步骤(1)配制含有NiSO4 · 6H20 25-45g/L ；NaH2PO2 · H2O 15_28g/L ；柠檬酸钠 10_25g/L ；醋酸钠15-25g/L ；PH 4-6的镀液；(2)将镀膜基材进行预清洗；(3)将清洗完毕的镀膜基材放入75-90°C的镀液中，浸泡15-40分钟；(4)将镀膜完毕的基材取出，水洗并烘干。
2.根据权利要求1所述镍过渡层的镀膜工艺，其特征在于预清洗包括以下步骤(1)汽油清洗镀膜基材；(2)在超声波清洗机内放入10-20%的脱脂剂，升温40-80°C，超声波清洗镀膜基材；(3)流动水洗；(4)用浓度低于10%的硫酸清洗镀膜基材；(5)流动水洗；(6)用55-65°C的热水洗。
3.根据权利要求1所述镍过渡层的镀膜工艺，其特征在于镀膜基材为含铌富硅球墨铸铁由按重量配比的以下元素组成:C 2. 9-3. 4% ；Si 4. 3-4. 8% ；Mn :0_1· 0% ；P 0-0. 1% ；S 0-0. 06% ；Cr :0-0. 2% ；Cu :0_1· 0% ；Nb 0-0. 6% ；Mg 0-0. 1% ；Ce 0. 02-0. 03% ；其余为 Fe。
4.根据权利要求1所述镍过渡层的镀膜工艺，其特征在于所述镀液配制方法如下(1)根据镀槽的额定容积，按照NiSO4 ·6Η20 25-45g/L ；NaH2PO2 -H2O 15_28g/L ；柠檬酸钠10-25g/L ；醋酸钠15-25g/L的浓度配比计算所需药品的质量；(2)按计算结果将NiSO4· 6H20、柠檬酸钠、醋酸钠混合后加入到镀槽中，用蒸馏水加到镀槽额定容积的2/3，加热搅拌至药品完全溶解；(3)按计算结果将NaH2PA· H2O单独放入一个桶内，加入镀槽额定容量1/3的蒸馏水， 搅拌溶解后倒入镀槽，升温用稀硫酸或氨水或氢氧化钠调节PH值至4-6。
全文摘要
本发明公开了一种镍过渡层的镀膜工艺，将镀膜基材预清洗后放入75-90℃的镀液中，浸泡15-40分钟，然后水洗并烘干。本发明公开了一种镍过渡层的镀膜工艺生产过程环保无公害，工艺简单，生产效率高，成本低；同时镍过渡层与基材、PVD层都有很好的结合强度，可以完全取代现有的氮化过渡层和镀铬过渡层。
文档编号C23C18/36GK102560450SQ20121001549
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者杨春梅, 陆军 申请人:湖南正圆动力配件有限公司