一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，属于金属材料表面改性
技术领域。
【背景技术】
[0002] 金属材料的腐蚀是一种十分常见的失效形式，普遍存在于生活中的各个行业，且 造成的危害和损失巨大，是影响国民经济和社会可持续发展的重要问题之一。在巷道、岩 土、边坡等支护工程中，锚杆作为主要的金属支护材料起着至关重要的作用，其耐久性和使 用寿命受到极大重视。化学镀作为一种表面处理技术，具有能耗低、设备简单、镀层均匀、仿 形性好、耐蚀、耐磨等优点，具有实现大规模生产的先决条件。
[0003] 现有技术中有关于钢铁化学镀镍磷的文献，但是直接用于锚杆钢的化学镀文献很 少，锚杆在使用过程中其表面会发生腐蚀，表面处理可以改善其耐蚀性。锚杆一般是螺纹 钢，且比较长，只有在液体中对其进行表面处理才可以实现理想的表面处理。化学镀的工艺 优点：不需通电，且对工件的形状和尺寸没有特殊要求，容易实现大规模生产；性能优点： 可以同时赋予被处理材料表面耐蚀性和耐磨性。而对于螺纹钢来说，化学镀工艺是一种较 为合适的表面处理方法。
【发明内容】
[0004] 提供了一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，选择化学镀方法对锚杆进行 表面处理，提高了锚杆钢的表面性能，满足其服役条件的要求，延长使用寿命，降低了生产 成本。
[0005] 本发明提供的一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，首先对预处理好的锚 杆钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后将化学镀处理的锚杆钢进行热处理，保温，断开 电源，使锚杆钢缓冷到室温。
[0006] 所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，包括以下步骤： (1) 对锚杆钢工件预处理：将锚杆钢工件使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备 用； (2) 将预处理后的锚杆钢工件进行碱洗除油：在80~90 °C碱性溶液中浸泡5~10min， 碱洗溶液配方为：65~75 g/L氢氧化钠；35~45 g/L碳酸钠；15~25 g/L磷酸钠；5~ 15 g/L娃酸钠； (3) 使用蒸馏水冲洗碱洗后的锚杆钢工件，进行酸洗：在15~25 vol. %的HCl溶液 中室温下提拉浸泡2~3 min，以除去锚杆钢工件表面的锈层及步骤（2)中残留在表面的离 子； (4) 使用蒸馏水冲洗酸洗后的锚杆钢工件，进行活化：在3~6 vol. %氏504溶液中室 温下提拉浸泡1~2 min，以在锚杆钢工件表面形成无数小的活性中心，增加表面活性并有利 于下一步反应时金属镀层的沉积过程； (5)使用蒸馏水冲洗步骤（4)处理后的锚杆钢工件，再将冲洗后的锚杆钢工件放入装 有镀液的镀槽中施镀，镀液pH值为4. 5~6. 0,施镀温度为85~88 °C，施镀时间I h ; (6)将步骤（5)处理后的锚杆钢工件放入箱式电阻炉中进行恒温热处理，选择热处理 温度为300 °C~500 °C，保温I h后断开电源，使锚杆钢工件随炉缓慢冷却到室温。
[0007] 上述制备方法中，所述步骤（2)中锚杆刚为RB400锚杆钢。
[0008] 上述制备方法中，所述镀液由无机盐和去离子水配制而成。
[0009] 进一步地，所述无机盐包括硫酸钠、次磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠。
[0010] 更进一步地，所述硫酸钠的浓度为35~45 g/L，次磷酸钠的浓度为20~30 g/L， 柠檬酸钠的浓度为40~50 g/L，乙酸钠的浓度为35~45 g/L。
[0011] 上述制备方法中，按照100~200 cm2/L的工件面积与镀液体积比例来确定所述 镀液的加入量。即每升镀液可用于在100~200 cm2的工件面积上施镀。
[0012] 上述制备方法中，所述步骤（2)中，碱洗溶液配方为：70 g/L氢氧化钠；40 g/L 碳酸钠；20 g/L磷酸钠；10 g/L硅酸钠。
[0013] 上述制备方法中，所述步骤（3)中的酸洗过程为：在20 vol. %的HCl溶液中室 温下提拉浸泡2min;所述步骤（4)中的活化过程为：在5 vol. % H2SO4溶液中室温下提拉 浸泡I min。
[0014] 本发明属于金属材料表面改性技术领域，利用化学镀工艺对RB400锚杆钢进行化 学镀处理，获得镍磷镀层，然后在不同温度下对化学镀处理的RB400锚杆钢表面的镍磷镀 层进行热处理。
[0015] 本发明的有益效果:液相介质中进行表面处理，不受工件尺寸和形状的限制，并且 易于实现批量生产；同时赋予RB400锚杆钢表面良好的耐蚀性。
【附图说明】
[0016] 图1为实施例1中未经过热处理的RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图； 图2为300 °C热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图； 图3为350 °C热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图； 图4为400 °C热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图； 图5为450 °C热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图； 图6为500 °C热处理RB400锚杆钢表面化学镀镍磷镀层形貌图。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0018] 现以RB400锚杆钢为例，对本发明进行实施： 实施例1 : 一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法 具体包括以下步骤： (1) 对RB400锚杆钢工件预处理：将RB400锚杆钢工件使用SiC水砂纸进行逐级打磨、 清洗、干燥备用； (2) 将预处理好的RB400锚杆钢工件进行碱洗除油：在85 °C碱性溶液中浸泡5 min， 碱洗溶液配方为：70 g/L氢氧化钠；40 g/L碳酸钠；20 g/L磷酸钠；10 g/L硅酸钠； (3) 使用蒸馏水冲洗碱洗好的RB400锚杆钢工件，进行酸洗：在20 V〇I. %的HCl溶 液中室温下提拉浸泡2 min，以除去RB400锚杆钢工件表面的锈层及前步骤（2)中残留在表 面的离子； (4) 使用蒸馏水冲洗酸洗好的RB400锚杆钢工件，进行活化：在5 vol. % H2SO4溶液中 室温下提拉浸泡I min，以在RB400锚杆钢工件表面形成无数小的活性中心，增加表面活性 并有利于下一步反应时金属镀层的沉积过程； (5) 使用蒸馏水冲洗步骤（4)处理好的RB400锚杆钢工件，再将冲洗好的RB400锚杆 钢工件放入装有镀液的镀槽中施镀，镀液pH值为5. 0,施镀温度为85~88 °C，施镀时间1 h ； 所述电解液由无机盐和去离子水配制而成；无机盐包括包括硫酸钠、次磷酸钠、柠檬酸 钠、乙酸钠；所述硫酸钠的浓度为40g/L，次磷酸钠的浓度为25 g/L，柠檬酸钠的浓度为45 g/L，乙酸钠的浓度为40g/L。
[0019] 按照100~200 cm2/L的工件面积与镀液体积比例来确定所述镀液的加入量。 [0020] (6)将步骤（5)处理好的RB400锚杆钢工件放入箱式电阻炉中进行恒温热处理， 选择热处理温度为300 °C，保温I h后断开电源，使RB400锚杆钢工件随炉缓慢冷却到室 温。
[0021] 实施例2: 该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤（6)中热处理温度为350 tC。
[0022] 实施例3 : 该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤（6)中热处理温度为400 tC。
[0023] 实施例4 : 该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤（6)中热处理温度为450 tC。
[0024] 实施例5 : 该实施例的操作步骤与实施例1相同，区别是：步骤（6)中热处理温度为500 tC。
[0025] 将上述实施例1~5得到的处理后的RB400锚杆钢与预处理好的RB400锚杆钢进行 耐蚀性能测试，所选用的腐蚀介质为5 wt. %的NaCl水溶液。
[0026] 在上述工艺条件下，处理RB400锚杆钢获得优异的耐蚀性，测试数据见表1。
[0027]表 1
由表1所提供的测试结果可见：与未处理RB400锚杆钢工件相比，RB400锚杆钢工件经 过表面化学镀镍磷镀层和后续热处理后，腐蚀实验结果表明，RB400锚杆钢经表面处理后， 腐蚀电位显著提高，腐蚀电流显著降低。由上述结果可知，处理后RB400锚杆钢获得了优异 的耐蚀性。
【主权项】
1. 一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：首先对预处理好的锚杆 钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后将化学镀处理的锚杆钢进行热处理，保温，断开电 源，使锚杆钢缓冷到室温。2. 根据权利要求1所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：包括 以下步骤： (1) 对锚杆钢工件预处理：将锚杆钢工件使用SiC水砂纸进行逐级打磨、清洗、干燥备 用； (2) 将预处理后的锚杆钢工件进行碱洗除油：在80~90 °C碱性溶液中浸泡5~10 min，碱洗溶液配方为：65~75 g/L氢氧化钠；35~45 g/L碳酸钠；15~25 g/L磷酸钠； 5~15 g/L娃酸钠； (3) 使用蒸馏水冲洗碱洗后的锚杆钢工件，进行酸洗：在15~25 vol. %的HCl溶液 中室温下提拉浸泡2~3 min ; (4) 使用蒸馏水冲洗酸洗后的锚杆钢工件，进行活化：在3~6 vol. %氏504溶液中室 温下提拉浸泡1~2 min ; (5) 使用蒸馏水冲洗步骤（4)处理后的锚杆钢工件，再将冲洗后的锚杆钢工件放入装 有镀液的镀槽中施镀，镀液pH值为4. 5~6. 0,施镀温度为85~88 °C，施镀时间I h ; (6) 将步骤（5)处理后的锚杆钢工件放入箱式电阻炉中进行恒温热处理，保温I h后 断开电源，使锚杆钢工件随炉缓慢冷却到室温。3. 根据权利要求2所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 步骤（2)中锚杆刚为RB400锚杆钢。4. 根据权利要求2所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 镀液由无机盐和去离子水配制而成。5. 根据权利要求4所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 无机盐包括硫酸钠、次磷酸钠、柠檬酸钠、乙酸钠。6. 根据权利要求5所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 硫酸钠的浓度为35~45 g/L，次磷酸钠的浓度为20~30 g/L，柠檬酸钠的浓度为40~50 g/L，乙酸钠的浓度为35~45 g/L。7. 根据权利要求2所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：按照 100~200 cm2/L的工件面积与镀液体积比例来确定所述镀液的加入量。8. 根据权利要求2所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 热处理温度为300 °C~500 °C。9. 根据权利要求2所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 步骤（2)中，碱洗溶液配方为：70 g/L氢氧化钠；40 g/L碳酸钠；20 g/L磷酸钠；10 g/L 硅酸钠。10. 根据权利要求2所述的锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，其特征在于：所述 步骤（3)中的酸洗过程为：在20 vol. %的HCl溶液中室温下提拉浸泡2min;所述步骤 (4)中的活化过程为：在5 vol. %氏504溶液中室温下提拉浸泡I min。
【专利摘要】本发明公开了一种锚杆钢表面化学镀镍磷镀层的制备方法，属于金属材料表面改性技术领域。包括下列步骤：将预处理好的锚杆钢工件置入装有镀液的烧杯中，利用化学镀工艺对锚杆钢进行化学镀处理，获得镍磷镀层，然后将化学镀处理的锚杆钢放入箱式电阻炉内，进行热处理，保温，断开电源，使化学镀处理的锚杆钢缓冷到室温。本发明的优点是可显著提高锚杆钢的耐蚀性。
【IPC分类】C23C18/36
【公开号】CN105018905
【申请号】CN201510450745
【发明人】林乃明, 邹娇娟, 张红彦, 马永, 王振霞, 唐宾
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月28日