CN102534709B - 在冷轧钢板表面生成镍-硼铁复合镀层并热处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在冷轧钢板表面生成镍-硼铁复合镀层并进行热处理的方法,属金属表面合金化技术领域。其特点在于:镀液原料包括有NiSO4.6H2O、NiCl2.6H2O、H3BO3、十六烷基三甲基溴化铵、糖精、抗坏血酸、柠檬酸钠、硼铁粉。其处理过程主要是先在冷轧钢板表面生成一层镍-硼铁复合镀层,然后在气体保护炉中进行中低温热处理。热处理后的复合镀层具有强耐腐蚀性能、高硬度和耐磨性,其制备工艺简单,适合于工业化生产和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种在普通冷轧钢板表面制备镍-硼铁复合镀层,并进行热扩散强化处理的方法,属于金属表面合金化技术领域。
背景技术
传统在冷轧钢板表面制备含硼合金化层的方法主要是利用渗硼工艺,有固体法和非电解型的熔盐法。固体渗硼所使用的介质有供硼剂、催渗剂以及调节活性、支承工件的填料等,主要应用于几何形状复杂,包括带有小孔、螺纹和盲孔的零件,其缺陷在于供硼剂如B4C等原料价格昂贵,成本很高。盐浴渗硼主要分为以下两种:(1)以硼砂为基,添加5%-15%氯化盐的盐浴;(2)以氯化盐为基添加硼或再加SiC的盐浴。主要用于处理几何形状简单的零件,其缺陷在于该方法渗硼后,需要作高温淬火处理,以提高基体强度,渗硼后的工件上存在很多盐垢,很难清除干净。
硼铁粉体具有很高的硬度,在酸、碱、中性等溶液中均具有良好的耐腐蚀性能。硼铁常用在炼钢生产中,作为强脱氧剂及硼元素添加剂,其市场价格非常便宜。硼在钢中的最大作用是只需极微量即可显著提高淬透性,从而取代大量合金元素,另外它还可改善钢的力学性能、冷变形性能、焊接性能及高温性能等。根据GB5682-87标准,我国硼铁分为低碳和中碳两类,共8个牌号,广泛应用于合金结构钢、弹簧钢、低合金高强度钢、耐热钢、不锈钢等不同钢种。
复合电沉积技术是在传统电镀工艺的基础上,加入微米或纳米级的粉体共沉积,从而制备出具有高硬度、耐腐蚀、自润滑等优异性能的复合镀层,已经在航空、机械、电子等诸多领域得到了应用。复合电沉积使用的粉体非常广泛,包括SiC、Al2O3、TiO2、BN、B4C等。
查阅资料发现,硼铁粉体的复合电沉积从来没有人研究过,本发明就是通过复合电沉积工艺,在冷轧钢板表面制备一种镍-硼铁复合镀层,然后通过中低温热处理,从而获得具有强耐腐蚀性能、高硬度和耐磨性的复合镀层。
发明内容
本发明的目的,就是在冷轧钢板表面生成一种具有强耐腐蚀性能、高硬度和耐磨性的镍-硼铁复合镀层,其工艺简单,适合于工业化的生产。
本发明一种在冷轧钢板表面生成镍-硼铁复合镀层并热处理的方法,采用的技术方案,其特征在于包含以下工艺过程和步骤:
a.镀液配方:NiSO4.6H2O 200-250g/L;NiCl2.6H2O 35-45g/L;H3BO3 35-40g/L;十六烷基三甲基溴化铵 0.1-0.3g/L;糖精 2-5g/L;抗坏血酸 3-5g/L;柠檬酸钠 40-50g/L;硼铁粉 3-25g/L。以上各原料除硼铁粉外均为分析纯,硼铁粉为市场购买的工业原料,粒径约0.5-2μm;
b.按以上配方,先称取NiSO4.6H2O、NiCl2.6H2O、十六烷基三甲基溴化铵、糖精、抗坏血酸,加入蒸馏水在烧杯中混合溶解;称取柠檬酸钠,完全溶解后缓慢加入先配好的混合溶液中;再称取硼铁粉、H3BO3,先后加入以上溶液,待H3BO3完全溶解后,滴加体积比为1:1的盐酸,调整pH值至3.1-3.4;
c.将以上镀液超声分散30min,再使用电动搅拌器搅拌,转速设置为200-400转/min,将镀液水浴加热到40-50℃;
d.对冷轧钢板进行打磨、活化处理,具体操作是:将10mm×10mm×1.5mm的冷轧钢板先后使用1号、4号、6号金相砂纸打磨至镜面状态,然后放入质量百分数为3%的硫酸溶液中活化30秒,取出用蒸馏水洗净后,选择3-9A/dm2的电流密度立即放入镀液中电镀;电镀15-30min后取出,用蒸馏水洗净后自然晾干;最终在钢板上生成镍-硼铁复合镀层;
e.将以上镀有镍-硼铁复合镀层的冷轧钢板放入气体保护炉中,进行热处理,保护气体为氢气或氩气,热处理温度设置为400-800℃。
本发明制备镍-硼铁复合镀层并进行热处理的技术,前人未曾研究使用,工业用硼铁粉价格低廉,制得的复合镀层,具有强耐腐蚀性、很高的硬度和耐磨性,其工艺简单,易于投入工业化生产使用。
具体实施方式
现将本发明的具体实施叙述于下:
实施例1
(1)镀液配方:NiSO4.6H2O 220g/L;NiCl2.6H2O 40g/L;H3BO3 35g/L;十六烷基三甲基溴化铵 0.2g/L;糖精 4g/L;抗坏血酸 5g/L;柠檬酸钠 45g/L;硼铁粉 10g/L。以上各原料除硼铁粉外均为分析纯,硼铁粉为市场购买的工业原料,粒径约1μm。
(2)按以上配方,先称取NiSO4.6H2O、NiCl2.6H2O、十六烷基三甲基溴化铵、糖精、抗坏血酸,加入蒸馏水在烧杯中混合溶解;称取柠檬酸钠,完全溶解后缓慢加入先配好的混合溶液中;再称取硼铁粉、H3BO3,先后加入以上溶液,待H3BO3完全溶解后,滴加体积比为1:1的盐酸,调整pH值至3.2。
(3)将以上镀液超声分散30min,再使用电动搅拌器搅拌,转速设置为300转/min,将镀液水浴加热到40℃。
(4)对冷轧钢板进行打磨、活化处理,具体操作是:将10mm×10mm×1.5mm的冷轧钢板先后使用1号、4号、6号金相砂纸打磨至镜面状态,然后放入质量百分数为3%的硫酸溶液中活化30秒,取出用蒸馏水洗净后,选择5A/dm2的电流密度立即放入镀液中电镀;电镀20min后取出,用蒸馏水洗净后自然晾干。
(5)将以上镀有镍-硼铁复合镀层的冷轧钢板放入气体保护炉中,进行热处理,保护气体为氢气,热处理温度设置为600℃。
对热处理后的镍-硼铁复合镀层进行电化学、硬度、耐磨性测试,结果列于表1中。
实施例2
(1)镀液配方:NiSO4.6H2O 240g/L;NiCl2.6H2O 40g/L;H3BO3 35g/L;十六烷基三甲基溴化铵 0.2g/L;糖精 4g/L;抗坏血酸 5g/L;柠檬酸钠 45g/L;硼铁粉 15g/L。以上各原料除硼铁粉外均为分析纯,硼铁粉为市场购买的工业原料,粒径约1μm。
(2)按以上配方,先称取NiSO4.6H2O、NiCl2.6H2O、十六烷基三甲基溴化铵、糖精、抗坏血酸,加入蒸馏水在烧杯中混合溶解;称取柠檬酸钠,完全溶解后缓慢加入先配好的混合溶液中;再称取硼铁粉、H3BO3,先后加入以上溶液,待H3BO3完全溶解后,滴加体积比为1:1的盐酸,调整pH值至3.2。
(3)将以上镀液超声分散30min,再使用电动搅拌器搅拌,转速设置为300转/min,将镀液水浴加热到40℃。
(4)对冷轧钢板进行打磨、活化处理,具体操作是:将10mm×10mm×1.5mm的冷轧钢板先后使用1号、4号、6号金相砂纸打磨至镜面状态,然后放入质量百分数为3%的硫酸溶液中活化30秒,取出用蒸馏水洗净后,选择5A/dm2的电流密度立即放入镀液中电镀;电镀20min后取出,用蒸馏水洗净后自然晾干。
(5)将以上镀有镍-硼铁复合镀层的冷轧钢板放入气体保护炉中,进行热处理,保护气体为氢气,热处理温度设置为600℃。
对热处理后的镍-硼铁复合镀层进行电化学、硬度、耐磨性测试,结果列于表1中。
实施例3
(1)镀液配方:NiSO4.6H2O 240g/L;NiCl2.6H2O 40g/L;H3BO3 37g/L;十六烷基三甲基溴化铵 0.2g/L;糖精 5g/L;抗坏血酸 5g/L;柠檬酸钠 45g/L;硼铁粉 20g/L。以上各原料除硼铁粉外均为分析纯,硼铁粉为市场购买的工业原料,粒径约1μm。
(2)按以上配方,先称取NiSO4.6H2O、NiCl2.6H2O、十六烷基三甲基溴化铵、糖精、抗坏血酸,加入蒸馏水在烧杯中混合溶解;称取柠檬酸钠,完全溶解后缓慢加入先配好的混合溶液中;再称取硼铁粉、H3BO3,先后加入以上溶液,待H3BO3完全溶解后,滴加体积比为1:1的盐酸,调整pH值至3.2。
(3)将以上镀液超声分散30min,再使用电动搅拌器搅拌,转速设置为300转/min,将镀液水浴加热到40℃。
(4)对冷轧钢板进行打磨、活化处理,具体操作是:将10mm×10mm×1.5mm的冷轧钢板先后使用1号、4号、6号金相砂纸打磨至镜面状态,然后放入质量百分数为3%的硫酸溶液中活化30秒,取出用蒸馏水洗净后,选择5A/dm2的电流密度立即放入镀液中电镀;电镀20min后取出,用蒸馏水洗净后自然晾干。
(5)将以上镀有镍-硼铁复合镀层的冷轧钢板放入气体保护炉中,进行热处理,保护气体为氢气,热处理温度设置为600℃。
对热处理后的镍-硼铁复合镀层进行电化学、硬度、耐磨性测试,结果列于表1中。
表1 热处理后的镍-硼铁复合镀层性能测试结果:
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
电化学阻抗(?/cm2) | 8700 | 10000 | 11500 |
硬度(HV) | 820 | 860 | 910 |
摩擦因数 | 0.13 | 0.16 | 0.14 |
实例证明,利用本发明技术制备的镍-硼铁复合镀层具有很强的耐腐蚀性,其硬度很高,耐磨性能优异,适合于工业化生产应用。
Claims (1)
1.一种在冷轧钢板表面生成镍-硼铁复合镀层并热处理的方法,其特征在于包含以下工艺过程和步骤:
a. 设计镀液配方:NiSO4.6H2O 200-250g/L;NiCl2.6H2O 35-45g/L;H3BO3 35-40g/L;十六烷基三甲基溴化铵 0.1-0.3g/L;糖精 2-5g/L;抗坏血酸 3-5g/L;柠檬酸钠 40-50g/L;硼铁粉 10-25g/L;
以上各原料除硼铁粉外均为分析纯,硼铁粉为市场购买的工业原料,粒径0.5-2μm;
b. 按以上配方,先称取NiSO4.6H2O、NiCl2.6H2O、十六烷基三甲基溴化铵、糖精、抗坏血酸,加入蒸馏水在烧杯中混合溶解;称取柠檬酸钠,完全溶解后缓慢加入先配好的混合溶液中;再称取硼铁粉、H3BO3,先后加入以上溶液,待H3BO3完全溶解后,滴加体积比为1:1的盐酸,调整pH值至3.1-3.4;
c. 将以上镀液超声分散30min,再使用电动搅拌器搅拌,转速设置为200-400转/min,将镀液水浴加热到40-50℃;
d.对冷轧钢板进行打磨、活化处理,具体操作是:将10mm×10mm×1.5mm的冷轧钢板先后使用1号、4号、6号金相砂纸打磨至镜面状态,然后放入质量百分数为3%的硫酸溶液中活化30秒,取出用蒸馏水洗净后,选择3-9A/dm2的电流密度立即放入镀液中电镀;电镀15-30min后取出,用蒸馏水洗净后自然晾干;最终在钢板上生成镍-硼铁复合镀层;
e.将以上镀有镍-硼铁复合镀层的冷轧钢板放入气体保护炉中,进行热处理,保护气体为氢气或氩气,热处理温度设置为400-800℃。
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