专利名称：制造电镀铁铝材的方法
技术领域：
本发明涉及新颖的，生产电镀铁的铝或铝合金材料的方法，用此法，在，比如板状的铝或铝合金的表面的选定部位或其全部表面被牢固地电镀上铁或铁合金。
按本发明制得的材料可广泛地应用于多种产业，这包括汽车工业和电器设备工业。比如，在汽车工业中一直有这样的现象为使汽车减轻，尽管由于铝或铝合金本身难以成为汽车的结构材料，但仍尽可能地采用铝和铝合金。
有鉴于此，表面电镀了铁的铝或铝合金就引起了我们的注意，这是因为它们具有有益的特性，如良好的点焊性能，所以它们可成为汽车的结构材料。
但，用常规方法电镀在铝或铝合金表面上的铁层有时会剥落。
因此，本发明的目的在于提供一种制造电镀铁的铝或铝合金材料的方法，所述材料上所镀的铁层是几乎不会从铝或铝合金基材上剥落下来的，或几乎不会开裂或龟裂的。
本发明的另一目的在于提供一种制造电镀铁的铝或铝合金材料的方法，所述材料上电镀铁层能很好地抵御摩擦及其它的磨损。
从说明书及所附的权利要求中将会得知本发明的其它目的。
按本发明，在铝或铝合金表面上电镀了铁之后，使它们经温度为约450-650℃的热处理，从而在铝或铝合金基体和其上的电镀铁层之间的界面区形成Al和Fe的相互扩散层。该相互扩散层增强了所镀的铁与铝基体间的粘附，并且防止了铁镀层从铝基体上剥落或开裂或龟裂。这就是本发明的特点。
已经过上述热处理的铝或铝合金材料必须冷却。当以，比如，60℃/分的冷却速度使该材料急冷时，在铁镀层的整个表面上均匀地形成细小的裂纹。这是本发明的另一特点。油漆与表面上有这种裂纹的铝或铝合金材料会很好地粘附。在方面会注意到的是常规的汽车镀锌板必需在其表面上覆有磷酸锌的膜，以便油漆能很好地与其粘附。本发明的铝或铝合金材料无需为了涂漆而进行这类涂覆。
当这种经过热处理的材料逐渐冷却，如以5-10℃/分的冷却速度冷却，而不是快速急冷时，该材料的表面上将不产生裂纹，结果导致该材料具有光滑的电镀表面。这种也在本发明范围中的材料可作为重量轻的磁屏蔽材料等用于电器工业中。
按本发明制成的铝材，由于其经电镀而有裂纹的表面能很好地留住机油，所以能被很好地润滑。
本发明镀的铁和有细裂纹的铝材表面还可涂热塑性树脂，如PTFE及尼隆，以便可使其具有优良的耐磨性。当将这种表面浸于熔融的热塑性树脂中时，部分树脂浸入这种表面裂纹中，然后在室温下固化。由于这些已浸入表面裂纹中并在其中固化的树脂形成了在整个表面上固化的其它部分树脂的根，所以涂在该材料上的树脂会作为一个整体与其牢固地粘合。当涂有热塑性树脂的本发明的电镀铁铝材承受，比如，滑动摩擦时，该树脂则因摩擦热而变为液态，于是就成了润滑剂。
本发明铝材的电镀了铁及有裂纹的表面还可覆以热固性树脂，该树脂是已溶于有机溶剂，并与细度与表面裂纹的宽度相当，或比其小的起润滑作用的固体颗粒混合的。加热此树脂涂层，从而使溶剂蒸发及使该热固性树脂固化，以便借助于固化了的树脂将起润滑作用的颗粒固定于该镀过的表面及其裂纹中。尤其是，那些已粘附于裂纹上的树脂和起润滑作用的颗粒起到了树脂涂层的“根”的作用，这种情况与上述的热塑性涂层的情况相类似。
准备按本发明电镀在铝或铝合金上的铁可以是铁合金，尤其是这样的铁合金即含Cr 2-20％(重量)且硬度为800-1200HV的钢。当将这种钢电镀于铝或铝合金上时，则在镀过的表面上不可避免地产生裂纹。若想使此裂纹增大，则该镀铁的材料应在按本发明热处理后迅速急冷，而若想保持裂纹不变，则应在为产生铝基材和镀层间的相互扩散层而进行的热处理之后，使该镀过的材料逐步冷却。
图1是展示结果的曲线，即，按本发明在下面的实施例3中得到的电镀铁铝材及对比实验的材料在滑动磨损试验中，以各种摩擦速度测得的相对磨损体积。
实施例1在预处理(包括去油、酸性活化、碱化浸蚀、酸性活化，用锌作第一次取代，浸于硝酸中，用锌作第二次取代等，而在预处理时省去了水洗步骤)后，以下列的电镀条件在2mm厚的铝合金(JIS5052)轧制板的表面上电镀1μm的铁镀液成份氯化铁300g/l氯化铝20g/l镀液温度50-55℃阴极电流密度6A/dm2阴极电流功率95-100％电镀铁膜的硬度为约399HV。
在将这样镀了铁的铝合金板水洗及干燥后，将其在570℃的温度下，于N2气的惰性气氛中，在2巴的压力下加热5小时，然后在类似的气氛中，以60℃/分的冷却速度迅速急冷。
通过电子显微镜扫描，几乎在全部铁镀层上都观察到龟甲状图形的细小裂纹。
对同样的铝板进行同样条件下的电镀铁，但以5℃/分的冷却速度逐步冷却。在铁镀层上未见到裂纹。
通过用光学显微镜及上述的EPMA观察这样得到的两种电镀铁的铝合金材料，结果证实，沿铝合金基体及铁镀层间的边界上已产生Al和Fe的相互扩散层。还看到的是，它们已相互紧密而牢固地粘附在一起。即使通过90°的弯曲试验，它们也绝不开裂。
实施例2对2mm厚的铝合金(JIS5052)轧制板进行类似于实施例1的预处理，然后以下述的条件在该板的外表面上电镀厚10μm的，含约15％(重量)的Cr的铁合金镀液成份作为基本成份的由Atotech Japan Co生产的Cr(Ⅲ)加40g/l的硫酸铁。
成份相当于三价铬镀液的Cr(Ⅲ)，它是由碱性硫酸铬(鞣剂)120g/l甲酸铝55g/l草酸铝10g/l氯化钾54g/l硼酸 40g/l组成的；槽温 30℃阴极 由不可溶的碳制成电流密度第一个15分钟15A/dm2，后面的18分钟10A/dm2。
电镀在该板上的Fe-Cr合金膜的硬度为约800HV。通过电子显微镜观察到的是，在该膜上产生了龟甲状图形的细裂纹。
在水洗这样电镀了Fe-Cr合金的板材，并将其干燥后，将它们于570℃、N2气的惰性气氛中，在2巴的压力下加热5小时，接着在类似的气氛中，以60℃/分的冷却速度急冷。所看到的是，所镀表面上的裂纹进一步发展。
另一方面，当以5℃/分的冷却速度使该板材逐步冷却时，该镀过的表面上的裂纹未有变化。
用光学显微镜和EPMA观察上述两种经镀覆的铝板的垂直剖面的结构发现沿Al基体和Fe镀层的界面已产生相互扩散层，而且它们已紧密而牢固地相互粘合。当经受90°弯曲试验时，它们也不开裂或出现裂纹。
实施例3在加压条件下，向已电镀了Fe-Cr合金，而尚未热处理的实施例2的铝合金的表面裂纹灌注Nylonll，再用所述的热塑性树脂膜覆盖涂此表面。
将经这种灌注和涂了树脂的板材作成静态试样，而索氏体组织(HQT)的S45C被作成转动试样。用这些静态和转动试样使该板材经受滑动摩损试验，其中采用了针-环式磨损试验机，而且它们的接触压力保持在0.49Mpa。
在图1中，用“本发明材料”的曲线展示了这些结果。
为了进行比较，将实施例2中的相同的铝板电镀上铁，用气体渗透法使之氮化以使铁镀层变硬。在已氮化之后，以5℃/分的冷却速度使此对比试样板逐步冷却。由于在该板在其镀覆表面无裂纹，所以对其未作任何涂覆。
对比试验板也经受上述的滑动摩擦试验，其结果在图1中以“对比材料”的曲线示出。虽然对比材料的镀覆表面比本发明材料的硬，但后者的相对磨损值较前者为小。
实施例4向已镀过Fe-Cr合金，但尚未热处理的实施例2的铝合金板上的表面裂纹涂环氧树脂，这是一种已被有机溶剂溶解的热固性树脂，它并与颗粒尺寸与裂纹宽度大致相等或更小的起润滑作用的MoS2颗粒相混合，然后将该板材加热到约150℃，以蒸发掉溶剂及使树脂固化。
含有沉入裂纹并在其中固化的起润滑作用的固体颗粒的树脂成为这样的根它们本身与树脂涂层相连，并起到防止该涂层从镀过的表面脱落的作用。
在这个实施例中所得的铝材显示了良好的，可与实施例3中的本发明的材料相比美的耐磨性。
权利要求
1．生产电镀了铁或铁合金的铝或铝合金材料的方法，它包括对该材料电镀铁或铁合金；然后热处理该材料，以便在其表面与电镀在该表面上的铁或铁合金间的界面处产生相互扩散层；及接着使该材料冷却。
2．权利要求1的方法，其中该材料电镀了铁，而且热处理后的材料冷却使镀铁表面细小地开裂。
3．权利要求1的方法，其中该材料电镀了铁，而且热处理后的材料冷却不使镀铁表面开裂。
4．权利要求1的方法，其中该材料电镀了含2-20％(重量)铬的铁合金，从而在材料的电镀表面上产生细裂纹，而且热处理后材料的冷却使裂纹生长。
5．权利要求1的方法，其中该材料电镀了含2-20％(重量)铬的铁合金，从而在材料的电镀表面上形成细裂纹，而且热处理后的材料冷却使裂纹保持不变。
6．权利要求1的方法，其中该材料电镀了含2-20％(重量)铬的铁合金，从而在材料的电镀表面上产生细裂纹，但未作热处理及冷却，而涂了热塑性树脂以灌注该裂纹及用其涂覆该电镀表面，或通过涂混有起润滑作用的固体颗粒的热固性树脂以灌注裂纹，及用其涂覆该电镀表面。
7．其表面上电镀了铁或铁合金，在该表面与电镀于该表面上的铁或铁合金间的边界处具有相互扩散层的铝或铝合金材料。
8．权利要求7的材料，其中该材料已电镀了铁，而且电镀在该表面上的铁具有裂纹。
9．权利要求7的材料，其中该材料已电镀了铁，而在该表面上电镀的铁没有裂纹。
10．权利要求7的材料，其中该材料已电镀了含2-20％(重量)铬的铁合金，而且在电镀于该表面上的铁合金中有细裂纹。
11．权利要求7的材料，其中该材料已电镀了含2-20％(重量)铬的铁合金，而不带有相互扩散层，而且电镀在该表面上的铁合金中有细裂纹，该表面已涂了热塑性树脂，该树脂覆盖了表面并灌注了裂纹；或涂了混有起润滑作用的固体颗粒的热固性树脂，该树脂覆盖了表面并灌注了裂纹。
全文摘要
生产铝材的方法,该铝材的铝或铝合金基体上电镀了铁或含2—20%(重量)铬的铁合金,而且该铝材可在各种工业领域中被用作结构或功能材料。该材料的特征在于:在基体和镀层间具有相互扩散层和/或具有产生于该镀层中的细裂纹,该裂纹可很好地容纳机油,便于使其上漆,该裂纹中灌注树脂以改善其耐磨性等。
文档编号C25D3/56GK1210907SQ9810332
公开日1999年3月17日 申请日期1998年7月3日 优先权日1997年7月4日
发明者及川涉, 竹内荣一 申请人:日本普莱泰克株式会社