铝缸体复合电镀的制备方法与流程

1.本发明属于金属材料表面处理技术领域，涉及一种铝缸体复合电镀的制备方法。


背景技术：

2.随着发动机技术的发展，对缸体的要求越来越高，发动机的缸体是发动机的基础零部件和骨架,同时又是发动机总装配的基础零件,缸体的作用是支承和保证活塞、连杆、曲轴等运动部件运动时的准确位置，保证发动机的换气、冷却和润滑，提供各种辅助系统、部件及发动机的安装。这就要求发动机缸体不但要有高的强度，而且要有很长的使用寿命。
3.以前，发动机的缸体基本上是铸铁缸体，但它存在致命弱点是自身重量大，加工困难。在摩托车和通机上根本不适用，目前，很多缸体由铸铁材料转为铝合金，这样缸体的重量只有以前的1/3，加工成本、刀具成本也要低很多。但是目前铝合金缸体存在着以下几个方面的不足。1、缸体的强度低，使用寿命短；2、铝合金表面处理技术不完善；3、电镀液的寿命不好控制。4、电镀成本高，电镀液都需要从国外进口。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝缸体复合电镀的制备方法
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.1.一种铝缸体复合电镀的制备方法，具体步骤如下：
7.步骤1、除油：将工件放入除油液中进行除油，除油液为碳酸钠30～40g/l，磷酸钠50～60g/l，除油温度60～70℃下反应2～3分钟；
8.步骤2、活化：除油后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后放入活化液中活化；
9.步骤3、浸锌：活化后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入浸锌液中于室温下浸锌2～4分钟；
10.步骤4、镀镍：浸锌后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入镀镍液中进行电镀镍；
11.步骤5、复合电镀：镀镍后的工件加入复合电镀液中进行复合电镀；
12.步骤6、复合电镀完毕的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，于80～100℃干燥即可。
13.进一步，步骤2中活化溶液为：2～3％v/v氢氟酸，4～5％硫酸，9～11％双氧水，其中所加入的氢氟酸的质量分数为43
±
2％，硫酸为95～98％，双氧水为30～35％。
14.进一步，活化温度25
±
3℃，活化时间1～2分钟。
15.进一步，步骤3中浸锌溶液配比：氢氧化钠120
‑
150克/升、氧化锌15
‑
30克/升、酒石酸钾钠40
‑
45克/升、三氯化铁1
‑
2克/升、硝酸钠0.5
‑
1.5克/升。
16.进一步，镀镍液配比为：硫酸镍230～310克/升、硼酸30～50克/升、糖精0.3～0.9克/升、柠檬酸0.8～3.5克/升、ph值2.6
±
0.3。进一步，电镀镍温度45
±
2℃，电流密度8a/平
方分米，电镀时间3～5分钟。
17.进一步，镀镍液所含杂质中：硝酸盐≤30毫克/升、锌离子≤150毫克/升、铝离子≤250毫克/升、铁离子≤250毫克/升。进一步，复合电镀液配比如下：
18.硫酸镍400～600克/升、硼酸40～60克/升、糖精0.5～1.1克/升、柠檬酸0.8～15克/升、ph值2.1
±
0.3。
19.进一步，复合电镀液所含杂质中：硝酸盐≤50毫克/升、锌离子≤100毫克/升、铝离子≤1800毫克/升、铁离子≤250毫克/升。
20.进一步，复合电镀时，电镀溶液温度63
±
2℃，电流密度20～80a/平方分米。
21.本发明的有益效果在于：1、本发明在电镀前，先活化可以增强镀层与基体的结合力；2、电镀前，化学镀一层锌，锌作为铝合金与电镀层的过渡层，进一步增强镀层与基体的结合力。3、复合电镀镀前先预镀一层镍，增强复合电镀层与基体的结合力。4、通过在复合电镀层中加入sic微粒能增强缸体的耐磨性，延长发动机的使用寿命。本发明完善铝合金缸体表面处理的电镀技术，通过电镀方法中不同技术手段分别提高电镀层和基体金属间的结合力，加入复合镀，在镀层中添加sic，提高缸体耐磨损的能力。降低电镀成本，可以完全实现电镀材料的完全国产化。
附图说明
22.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
23.图1为加工完成后复合镀前的产品；
24.图2为复合镀完成后但还未珩磨之前的产品。
25.图3为复合镀完成后再经过珩磨之后的成品。
具体实施方式
26.下面将结合附图，
27.对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
28.铝缸体复合电镀的制备方法：
29.步骤1、除油：将工件放入除油液中进行除油，除油液为碳酸钠30～40g/l，磷酸钠50～60g/l，除油温度60～70℃下反应2～3分钟；
30.步骤2、活化：除油后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后放入活化液中活化，活化溶液为：2～3％(v/v)氢氟酸(hf)，4～5％硫酸，9～11％双氧水，其中所加入的氢氟酸的质量分数为43
±
2％，硫酸为95～98％，双氧水为30～35％；活化温度25
±
3℃，活化时间1～2分钟；活化后增大基体的粗糙度，加强电镀层和基体间的结合力。
31.步骤3、浸锌：活化后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入浸锌液中于室温下浸锌2～4分钟，浸锌溶液配比：
[0032][0033]
步骤4、镀镍：浸锌后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入镀镍液中进行电镀镍，值得注意的是清洗后到镀镍前的停留时间≤10分钟，在这段时间里，缸体必须保持湿的状态，不能干燥。镀镍液配比：
[0034][0035]
ph值2.6
±
0.3；
[0036]
镀镍液所含杂质中：
[0037]
硝酸盐≤30毫克/升
[0038]
锌离子≤150毫克/升
[0039]
铝离子≤250毫克/升
[0040]
铁离子≤250毫克/升；
[0041]
镀镍液中柠檬酸要≥7倍的铝离子浓度，柠檬酸起到一部分络合的作用，如果浓度过低，它只络合了溶液中的铁和锌，而不能充分络合溶液中的铝，铝会沉积在电镀层中，影响电镀层的结合力和耐磨性。为了降低ph值，用硫酸(h2so4)调整，为了升高ph值，用碳酸镍(nico3)调整。
[0042]
电镀镍温度45
±
2℃，电流密度8a/平方分米，电镀时间3～5分钟，镀层厚度5
±
2μm，如果镀层过薄，镀镍层就起不到sic基体层的作用，过厚电镀成本太高。镀镍液可以过滤后循环使用，并根据消耗补充硫酸镍，用碳酸镍调整溶液ph值，溶液中锌含量超过150毫克/升时，电镀液必须更换一部分或者全部更换。锌的浓度大，在电镀层中沉积的锌多，电镀层中锌过多会影响电镀镍层的硬度以及镍层与sic的结合力，从而影响缸体性能。
[0043]
工件浸入溶液之后，5秒之内必须开启电源，否则会影响电镀层的粘结力。先镀一层镍层避免sic直接沉积在铝基体上，会影响缸体耐磨性。镍层作为基体和复合镀的过渡层，进一步加强电镀层和基体的结合力，以保障sic在复合镀层的镍基体上发挥更强的耐磨性。
[0044]
步骤5、复合电镀：镀镍后的工件加入复合电镀液中进行复合电镀，溶液温度63
±
2℃，电流密度20～80a/平方分米，电镀时间与电流密度有关，如20a/平方分米，4～4.5μm/分钟；40a/平方分米，9～10μm/分钟；80a/平方分米，17～20μm分钟。复合电镀层厚度500
‑
1000μm，复合镀完成后再进行珩磨，经过珩磨后的成品复合电镀层厚度20～50μm。
[0045]
复合电镀液配比：
[0046][0047]
ph值2.1
±
0.3；
[0048]
复合电镀液所含杂质中：
[0049]
硝酸盐≤50毫克/升
[0050]
锌离子≤100毫克/升
[0051]
铝离子≤1800毫克/升
[0052]
铁离子≤250毫克/升。
[0053]
优选的，复合电镀液中柠檬酸要≥7倍的铝离子浓度。
[0054]
复合电镀液的制备方法：按配比浓度称取各组分的量，在纯水中溶解除sic以外的其他化合物，将溶液过滤5小时，调节ph值。为了降低ph值，用硫酸调整，为了升高ph值，用碳酸镍调整。
[0055]
用另外的小槽将sic加水或电镀液搅拌均匀，然后再倒入先前的大槽中。
[0056]
镀镍液可以过滤后循环使用，并根据消耗补充硫酸镍和碳化硅，用碳酸镍调整溶液ph值，溶液中锌含量超过150毫克/升时，电镀液必须更换一部分或者全部更换。
[0057]
碳化硅粒径大小为2～5μm，优选的2～2.7μm；可以先按照如下操作预先处理：
[0058]
1、先碱洗除油；
[0059]
2、用盐酸酸洗除去杂质金属；
[0060]
3、用去离子水稀释酸性碳化硅沉淀物，使之成为中性；
[0061]
4、用干燥箱干燥碳化硅备用。
[0062]
涂层检查：如果缸体径超过公差范围,工装、槽液、电镀时间、电镀电流、电压等都要检查。
[0063]
步骤6、复合电镀完毕的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，于80～100℃干燥即可。
[0064]
实施例1
[0065]
步骤1、除油：将工件放入除油液中进行除油，除油液为碳酸钠30g/l，磷酸钠50g/l，除油温度60～70℃下反应2～3分钟；
[0066]
步骤2、活化：除油后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后放入活化液中活化，活化溶液为：2％(v/v)氢氟酸(hf)，4％硫酸，9％双氧水，其中所加入的氢氟酸的质量分数为43
±
2％，硫酸为95～98％，双氧水为30～35％；活化温度25
±
3℃，活化时间1～2分钟；
[0067]
步骤3、浸锌：活化后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入浸锌液中于室温下浸锌2～4分钟，浸锌溶液配比：
[0068][0069]
步骤4、镀镍：浸锌后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入镀镍液中进行电镀镍，值得注意的是清洗后到镀镍前的停留时间≤10分钟，在这段时间里，缸体必须保持湿的状态，不能干燥。镀镍液配比：
[0070][0071][0072]
ph值2.6
±
0.3；
[0073]
镀镍液所含杂质中：
[0074]
硝酸盐≤30毫克/升
[0075]
锌离子≤150毫克/升
[0076]
铝离子≤250毫克/升
[0077]
铁离子≤250毫克/升；
[0078]
为了降低ph值，用硫酸调整，为了升高ph值，用碳酸镍调整。
[0079]
电镀镍温度45
±
2℃，电流密度8a/平方分米，电镀时间3～5分钟，镀层厚度5
±
2μm。
[0080]
步骤5、复合电镀：镀镍后的工件加入复合电镀液中进行复合电镀，溶液温度63
±
2℃，电流密度40a/平方分米，电镀时间大约50分钟。
[0081]
复合电镀液配比：
[0082][0083]
ph值2.1
±
0.3；
[0084]
复合电镀液所含杂质中：
[0085]
硝酸盐≤50毫克/升
[0086]
锌离子≤100毫克/升
[0087]
铝离子≤800毫克/升
[0088]
铁离子≤250毫克/升。
[0089]
复合电镀液的制备方法：按配比浓度称取各组分的量，在纯水中溶解除sic以外的
其他化合物，将溶液过滤5小时，调节ph值。
[0090]
用另外的小槽将sic搅拌均匀，然后再倒入先前的大槽中。
[0091]
步骤6、复合电镀完毕的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，于80～100℃干燥即可。图1为加工完成后复合镀前的产品；图2为复合镀完成后但还未珩磨之前的产品。图3为复合镀完成后再经过珩磨之后的成品。
[0092]
实施例2
[0093]
铝缸体复合电镀的制备方法：
[0094]
步骤1、除油：将工件放入除油液中进行除油，除油液为碳酸钠40g/l，磷酸钠60g/l，除油温度60～70℃下反应2分钟；
[0095]
步骤2、活化：除油后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗2次后放入活化液中活化，活化溶液为：2.5％(v/v)氢氟酸，5％硫酸，10％双氧水，其中所加入的氢氟酸的质量分数为43
±
2％，硫酸为95～98％，双氧水为30～35％；活化温度25
±
3℃，活化时间1分钟；
[0096]
步骤3、浸锌：活化后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗3次后，加入浸锌液中于室温下浸锌3分钟，浸锌溶液配比：
[0097][0098]
步骤4、镀镍：浸锌后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗3次后，加入镀镍液中进行电镀镍，值得注意的是清洗后到镀镍前的停留时间≤10分钟，在这段时间里，缸体必须保持湿的状态，不能干燥。镀镍液配比：
[0099][0100]
ph值2.6
±
0.3；
[0101]
镀镍液所含杂质中：
[0102]
硝酸盐≤30毫克/升
[0103]
锌离子≤150毫克/升
[0104]
铝离子≤250毫克/升
[0105]
铁离子≤250毫克/升；
[0106]
电镀镍温度45
±
2℃，电流密度8a/平方分米，电镀时间3～5分钟，镀层厚度5
±
2μm。
[0107]
步骤5、复合电镀：镀镍后的工件加入复合电镀液中进行复合电镀，溶液温度63
±
2℃，电流密度60a/平方分米，电镀时间大约40分钟；
[0108]
复合电镀液配比：
[0109][0110]
ph值2.1
±
0.3；
[0111]
复合电镀液所含杂质中：
[0112]
硝酸盐≤50毫克/升
[0113]
锌离子≤100毫克/升
[0114]
铝离子≤1800毫克/升
[0115]
铁离子≤250毫克/升。
[0116]
复合电镀液的制备方法同实施例1。
[0117]
步骤6、复合电镀完毕的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，于80～100℃干燥。
[0118]
实施例3
[0119]
铝缸体复合电镀的制备方法：
[0120]
步骤1、除油：将工件放入除油液中进行除油，除油液为碳酸钠30g/l，磷酸钠50g/l，除油温度60～70℃下反应3分钟；
[0121]
步骤2、活化：除油后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗3次后放入活化液中活化，活化溶液为：2～3％(v/v)氢氟酸，4～5％硫酸，9～11％双氧水，其中所加入的氢氟酸的质量分数为43
±
2％，硫酸为95～98％，双氧水为30～35％；活化温度25
±
3℃，活化时间1分钟；
[0122]
步骤3、浸锌：活化后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入浸锌液中于室温下浸锌2～4分钟，浸锌溶液配比：
[0123][0124]
步骤4、镀镍：浸锌后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入镀镍液中进行电镀镍，值得注意的是清洗后到镀镍前的停留时间≤10分钟，在这段时间里，缸体必须保持湿的状态，不能干燥。镀镍液配比：
[0125]
[0126][0127]
ph值2.6
±
0.3；
[0128]
镀镍液所含杂质中：
[0129]
硝酸盐≤30毫克/升
[0130]
锌离子≤100毫克/升
[0131]
铝离子≤100毫克/升
[0132]
铁离子≤200毫克/升；
[0133]
电镀镍温度45
±
2℃，电流密度8a/平方分米，电镀时间3～5分钟，镀层厚度5
±
2μm。
[0134]
步骤5、复合电镀：镀镍后的工件加入复合电镀液中进行复合电镀，溶液温度63
±
2℃，电流密度80a/平方分米，电镀时间大约30分钟。
[0135]
复合电镀液配比：
[0136][0137]
ph值2.1
±
0.3；
[0138]
复合电镀液所含杂质中：
[0139]
硝酸盐≤50毫克/升
[0140]
锌离子≤100毫克/升
[0141]
铝离子≤1000毫克/升
[0142]
铁离子≤200毫克/升。
[0143]
复合电镀液的制备方法同实施例1。
[0144]
步骤6、复合电镀完毕的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，于80～100℃干燥即可。
[0145]
实施例4
[0146]
铝缸体复合电镀的制备方法：
[0147]
步骤1、除油：将工件放入除油液中进行除油，除油液为碳酸钠40g/l，磷酸钠60g/l，除油温度60～70℃下反应3分钟；
[0148]
步骤2、活化：除油后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗2次后放入活化液中活化，活化溶液为：2～3％(v/v)氢氟酸(hf)，4～5％硫酸，9～11％双氧水，其中所加入的氢氟酸的质量分数为43
±
2％，硫酸为95～98％，双氧水为30～35％；活化温度25
±
3℃，活化时间2分钟；
[0149]
步骤3、浸锌：活化后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗3次后，加入浸锌液中于室温下浸锌2～4分钟，浸锌溶液配比：
[0150][0151]
步骤4、镀镍：浸锌后的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，加入镀镍液中进行电镀镍，值得注意的是清洗后到镀镍前的停留时间≤10分钟，在这段时间里，缸体必须保持湿的状态，不能干燥。镀镍液配比：
[0152][0153]
ph值2.6
±
0.3；
[0154]
镀镍液所含杂质中：
[0155]
硝酸盐≤30毫克/升
[0156]
锌离子≤150毫克/升
[0157]
铝离子≤250毫克/升
[0158]
铁离子≤250毫克/升；
[0159]
电镀镍温度45
±
2℃，电流密度8a/平方分米，电镀时间3～5分钟，镀层厚度5
±
2μm。
[0160]
步骤5、复合电镀：镀镍后的工件加入复合电镀液中进行复合电镀，溶液温度63
±
2℃，电流密度80a/平方分米，电镀时间大约30分钟。
[0161]
复合电镀液配比：
[0162][0163][0164]
ph值2.1
±
0.3；
[0165]
复合电镀液所含杂质中：
[0166]
硝酸盐≤50毫克/升
[0167]
锌离子≤100毫克/升
[0168]
铝离子≤1500毫克/升
[0169]
铁离子≤250毫克/升。
[0170]
复合电镀液的制备方法同实施例1。
[0171]
步骤6、复合电镀完毕的工件用自来水清洗30～50秒，清洗1
‑
3次后，于80～100℃
干燥即可。
[0172]
实施例5
[0173]
1、考查电镀层和基体之间的结合力，用气泡试验来验证，具体做法如下：把未珩磨的气缸放在230℃箱式炉中至少保温0.5小时，电镀层和基体间不产生气泡或者裂纹。
[0174]
2、通过化学分析方法测定各实施例样品sic的含量，含量为3～7％重量比合格。
[0175]
3、通过金相分析法测定各实施例样品电镀层的硬度，硬度在hv(0.1)450～640合格。
[0176]
测试结果如下表所示：
[0177]
样品结合力sic的含量硬度hv(0.1)是否合格实施例1无气泡，无裂纹6.5％630合格实施例2无气泡，无裂纹6.3％620合格实施例3无气泡，无裂纹5.9％600合格实施例4无气泡，无裂纹6.1％620合格
[0178]
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。