CN101693993B - 碳钢表面磷化处理液及镀镍封闭方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳钢表面磷化处理液和镀镍封闭方法，属金属表面化学转化膜处理技术领域。磷化处理液为：ZnO 2.0～7.0g/L，PO₄ ^3- 10～40g/L，NiSO₄·6H₂O 2.0～17g/L，硝酸0.4～0.8g/L，硝酸10～30g/L，Ce⁴⁺稀土离子0.4～0.8g/L，磷化液的pH值为2.7～2.9。镀镍封闭方法是将碳钢片打磨抛光，用丙酮除油，并浸入到5g/L的表面调整液中表面调整，随后放入磷化液中；控制磷化液温度在45℃左右，磷化反应时间为15分钟；磷化完毕后清洗并吹干；将磷化好的碳钢片放到镀镍液中，室温条件下在恒电流下镀镍1分钟；镀镍封闭完成后清洗、吹干。磷化处理以及镀镍封闭处理后所形成的磷化膜具有较好的耐腐蚀性，形成的薄膜均匀致密。

Description

碳钢表面磷化处理液及镀镍封闭方法

技术领域

本发明涉及一种碳钢表面磷化处理液，磷化及镀镍封闭方法，属于金属表面化学转化膜处理技术领域。

背景技术

钢铁制品表面涂层处理，既是钢铁防护又是钢铁制品装饰的主要有效手段。而涂装前对钢铁制品进行磷化则是增大涂层与制品接触面积，提高涂层与钢铁基体结合力的有效措施.也就是说磷化的好坏，将决定涂漆的效果，并最终决定钢铁防护的效果。有研究表明，钢铁表面磷化后再涂漆比不磷化直接涂漆的耐蚀性能提高约12倍。

磷化处理是指钢铁零件在含锌、锰、钙、铁或碱金属的磷酸盐溶液中进行化学处理，在其表面形成一层不溶于水的磷酸盐膜的过程。磷化膜厚度一般为5μm-20μm，为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性，耐蚀性、不粘附熔融金属(Sn、Al、Zn)性及较高的电绝缘性等。磷化膜主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层以及用作电机硅钢片的绝缘处理、压铸模具的防粘处理等。金属磷化处理是金属表面处理中采用的最广泛而有效的方法。

镍是铁族元素，属于电化学极化较大的元素，当电解时能产生较大极化作用，即使在很小的电流密度下，也会产生显著地极化作用。因此，镀镍与镀锌、镀铜不同，它不需要特殊添加剂。因为电沉积镍时有较大的极化作用，所以在强酸性介质中，根本不可能把它沉积出来，只能使用弱酸性电解液。

由于镍的硬度较高(HV240-500)，所以镍层可以提高表面硬度，并使其具有较好的耐磨性。

电镀镍工艺是最通用的表面处理工艺之一，也是一种非常重要的电镀工艺，他可以应用于装饰、工程和电铸等方面，在装饰、工程和电铸方面，电镀镍是应用最广泛的表面处理工艺之一，这主要得益于电镀镍工艺的持续进步。在微电子机械***应用中，电镀镍在识别可动结构方面也有着广阔的前景。

在现有的文献报道中。如《电镀工艺手册》(机械工业出版社1997年8月第二版)；又如中国专利ZL92102593.9、ZL200510013473.6、ZL200610092988.4，其中公开的主要为碳钢表面磷化处理的磷化液，关于表面磷化处理和镀镍联合对碳钢的保护还很少有人报道，特别是镀镍对磷化膜的封闭更是没有人报道。

因此，研究在碳钢表面通过镀镍对磷化膜封闭，使磷化膜更加致密，防腐蚀性能更加好是具有重要意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳钢表面磷化处理液和镀镍封闭方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种碳钢表面磷化处理液及镀镍封闭方法，其特征在于具有以下的过程与步骤：

a.确定磷化液的配方，磷化液的组成成分及含量为：

ZnO            2.0～7.0g/L，

PO₄ ^3-          10～40g/L，

NiSO₄·6H₂O    2.0～17g/L，

硝酸胍         0.4～0.8g/L，

硝酸钠         10～30g/L

四价铈离子     0.4～0.8g/L

将上述药品溶于去离子即为磷化液，磷化液的pH值用NaOH溶液调节至2.7～2.9。

b.确定镀镍液的配方，镀镍液的组成成分及含量为：

NiSO₄·6H₂O      200～300g/L

NiCl₂·6H₂O      10～50g/L

H₃BO₃            10～50g/L

糖精             0.4～0.8g/L

1，4-丁炔二醇    0.1～0.5g/L

十二烷基硫酸钠   0.05～0.2g/L

将上述药品溶于去离子即为镀镍液，镀镍液的pH值用NaOH溶液调节至4.0～4.5。

c.将碳钢片先用1～6号金相纱纸对碳钢表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声清洗，10秒后取出，并用去离子水冲净表面；

d.再将碳钢片浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1～2min，表面调整液的成分为多聚磷酸钛，其中钛为四价；

e.将表面调整完毕的碳钢片放入上述配置好的磷化液中，控制磷化液温度在30～60℃，磷化反应时间为10～30分钟；

f.磷化反应完毕后，碳钢片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用70～80℃的热风吹干，磷化处理过程就完成了；

g.将磷化好的碳钢片放到镀镍液中，室温条件下在恒电流0.01A/cm²下镀镍1分钟；

h.镀镍完成后，碳钢片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用吸水纸将水吸干，然后用70～80℃的热风吹干，镀镍封闭处理过程就完成了。

通过上述技术方案，本发明的优点是：

(1)磷化工作温度低，磷化沉渣少；

(2)磷化膜成膜速度快，且形成的磷化膜均匀致密；

(3)形成的磷化膜具有良好的耐腐蚀性，且具有减摩、润滑等作用；

(4)磷化液不含亚硝酸盐及其他重金属，磷化液便于管理控制，使用周期长；

(5)磷化方法操作简单，磷化液的组成简单，原材料容易购买，

(6)镀镍时间短；

(7)在室温下进行，节省能源；

(8)镀镍电流小，安全系数比较高，装置简易。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例中，采用磷化液的配方为：ZnO 5.5g/L，PO₄ ^3-23g/L，NiSO₄·6H₂O 8.6g/L，硝酸胍0.6g/L，硝酸钠20g/L，Ce⁴⁺0.6g/L，将上述化合物溶于去离子水中，配置成100毫升磷化液，磷化液的pH值用NaOH溶液调节至2.7～2.9。

采用的镀镍液配方为：NiSO₄·6H₂O 240g/L，NiCl₂·6H₂O 23g/L，H₃BO₃25g/L，糖精0.65g/L，1，4-丁炔二醇0.32g/L，十二烷基硫酸钠0.16g/L，将上述化合物溶于去离子水中，配置成250毫升镀镍液，镀镍液的pH值用NaOH溶液调节至4.0～4.5。

将碳钢片先用1～6号金相纱纸对碳钢表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声清洗10秒，并用去离子水冲净表面；再将碳钢片浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1～2min；将表面调整完毕的碳钢片放入上述配置好的磷化液中，控制磷化液温度在45℃左右，磷化反应时间为15分钟。磷化反应完毕后，碳钢片用去离子水清洗20～30秒，然后用70～80℃的热风吹干，磷化过程即完成；然后将磷化好的碳钢片放到镀镍液中，室温条件下在恒电流0.01A/cm²下镀镍1分钟，镀镍封闭完成后，碳钢片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用吸水纸将水吸干，然后用70～80℃的热风吹干，镀镍封闭处理过程就完成了。

该镀镍封闭后磷化膜呈灰黑色，膜层均匀致密，膜重为2.96g/m²。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为124秒；磷化膜附着力达到一级。在质量分数3.5％的NaCl中浸泡，经电化学测试，腐蚀电流密度由10^-6A/cm²降到10^-7A/cm²。

实施例2

本实施例中，采用的镀镍液配方为：NiSO₄·6H₂O 250g/L，NiCl₂·6H₂O 30g/L，H₃BO₃30g/L，糖精0.6g/L，1，4-丁炔二醇0.3g/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，将上述化合物溶于去离子水中，配置成250毫升镀镍液，镀镍液的pH值用NaOH溶液调节至4.0～4.5。

采用的磷化液配方，碳钢片的预先处理过程，磷化处理过程，以及镀镍封闭过程与上述实施例1完全相同。

该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀致密，膜重为3.78g/m²。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为145秒；磷化膜附着力达到一级。在质量分数3.5％的NaCl中浸泡，经电化学测试，腐蚀电流密度由10^-6A/cm²降到10^-7A/cm²。

实施例3

本实施例中，采用的镀镍液配方为：NiSO₄·6H₂O 255g/L，NiCl₂·6H₂O 36g/L，H₃BO₃ 38g/L，糖精0.55g/L，1，4-丁炔二醇0.27g/L，十二烷基硫酸钠0.06g/L，将上述化合物溶于去离子水中，配置成250毫升镀镍液，镀镍液的pH值用NaOH溶液调节至4.0～4.5。

采用的磷化液配方，碳钢片的预先处理过程，磷化处理过程，以及镀镍封闭过程与上述实施例1完全相同。

该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀致密，膜重为4.02g/m²。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为134秒；磷化膜附着力达到一级。在质量分数3.5％的NaCl中浸泡，经电化学测试，腐蚀电流密度由10^-6A/cm²降到10^-7A/cm²。

实施例4

本实施例中，采用镀镍液的配方与实施例2完全相同。

碳钢片的预先处理过程与实施例1略有不同，不同之处在于未将碳钢片浸入到5g/L的表面调整液中表面调整1～2min，其他预处理步骤与实施例相同；磷化液配方，磷化处理过程以及镀镍封闭过程与上述实施例1完全相同。

该磷化膜呈灰黑色，膜层均匀，膜重为2.51g/m²。硫酸铜点滴腐蚀试验结果为82秒；磷化膜附着力达到一级。在质量分数3.5％的NaCl中浸泡，经电化学测试，腐蚀电流密度由10^-6A/cm²降至10^-7A/cm²。

Claims (2)

1.一种碳钢表面磷化处理液，其特征在于该磷化处理液组成如下：

ZnO                2.0～7.0g/L，

PO₄ ^3-              10～40g/L，

NiSO₄·6H₂O        2.0～17g/L，

硝酸胍             0.4～0.8g/L，

硝酸钠             10～30g/L，

四价铈离子         0.4～0.8g/L，

磷化液的pH值为2.7～2.9。

2.一种镀镍封闭方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：

a.将碳钢片先用1～6号金相纱纸对碳钢表面进行打磨，再将试片放入丙酮中超声清洗，10秒后取出，并用去离子水冲净表面；

b.将碳钢片浸入到5g/L多聚磷酸钛的表面调整液中表面调整1～2min，其中钛为四价；

c.将表面调整完毕的碳钢片放入权利要求1所述的磷化处理液中，控制磷化液温度在30～60℃，磷化反应时间为10～30分钟；

d.磷化反应完毕后，碳钢片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用70～80℃的热风吹干；

e.将磷化好的碳钢片放到镀镍液中，镀镍液组成为：NiSO₄·6H₂O 200～300g/L，NiCl₂·6H₂O10～50g/L，H₃BO₃ 10～50g/L，糖精0.4～0.8g/L，1，4-丁炔二醇0.1～0.5g/L，十二烷基硫酸钠0.05～0.2g/L，镀镍液的pH值为4.0～4.5；室温条件下在恒电流0.01A/cm²下镀镍1分钟；

f.镀镍完成后，碳钢片用去离子水清洗20～30秒钟，然后用吸水纸将水吸干，然后用70～80℃的热风吹干。