專利名稱：普通冷軋鋼板表面脈沖電鍍Ni-Si復(fù)合鍍層及其熱原子滲的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種普通冷軋板表面脈沖電鍍Ni-Si復(fù)合鍍層及其熱原子滲的處理 方法。屬于金屬表面合金化處理技術(shù)領(lǐng)域。在化學(xué)工業(yè)中，由于生產(chǎn)上的要求，化工設(shè)備不可避免地會(huì)有腐蝕問(wèn)題產(chǎn)生。由 此帶來(lái)的除了諸如更換裝置、設(shè)備停車(chē)、產(chǎn)品流失等經(jīng)濟(jì)損失，更為嚴(yán)重的則是由于設(shè)備 破損、爆炸而危害人身安全，以及原料、產(chǎn)品的泄漏所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。目前，常 見(jiàn)的設(shè)備防腐技術(shù)有合理選材，表面保護(hù)(包括金屬鍍層和非金層涂層)，環(huán)境介質(zhì)處理， 電化學(xué)保護(hù)和防腐蝕設(shè)計(jì)等。電鍍工作開(kāi)展得比較早，有上百年的歷史了，近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其在 裝飾性電鍍方面取得了可喜的成績(jī)，如仿金電鍍。隨著國(guó)防工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)及輸電工業(yè)的發(fā) 展，人們對(duì)電鍍件的耐蝕性要求越來(lái)越高，單純的鍍鋅已不能滿足高耐蝕性的需要，因此， 復(fù)合電鍍逐漸躍入了人們的視野，復(fù)合電鍍是通過(guò)電沉積法將一種或數(shù)種不溶性的固體顆 粒，均勻地夾雜到金屬鍍層中形成特殊性能鍍層的方法。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)鋅鎳合金鍍層具有耐 蝕性好，外觀光亮不易褪色的特性。含鎳量8 % 13 %的鋅鎳合金鍍層具有比鍍鋅層高 7 10倍的耐蝕性，經(jīng)彩色鈍化后的鋅鎳合金鍍層外觀可以保持10年不變。鋅鎳合金鍍層 沒(méi)有氫脆，尤其適合彈簧件、標(biāo)準(zhǔn)件的防護(hù)性電鍍。鋅鎳合金鍍層在經(jīng)過(guò)熱處理、變形加工 及其他處理后仍能提供良好的防護(hù)性。電鍍M -SiC復(fù)合鍍層是一種高硬度、耐磨性能好、抗氧化、耐腐蝕的復(fù)合鍍層， 被廣泛應(yīng)用于模具、量具、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸等零件。本文通過(guò)控制納米Si粉體微粒懸浮量、陰極 電流密度、溫度、PH、攪拌速率等工藝參數(shù)，采用正交試驗(yàn)法探討了不同工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合鍍 層性能的影響，得出了最佳工藝方案。通過(guò)這些方法，化工設(shè)備中的腐蝕問(wèn)題得到了一定的 解決。但還原性介質(zhì)的腐蝕問(wèn)題(尤其是氯離子)卻一直困擾著化工設(shè)備和冶金行業(yè)的科 研、生產(chǎn)人員。因?yàn)楣虾辖?、雙相不銹鋼對(duì)氯離子雖有較好的抗蝕性，但價(jià)格極為昂貴，難 以大規(guī)模推廣，一般不銹鋼在解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)則常常作用不大。早在1950年，Brenner A就運(yùn)用電沉積法得到了非晶態(tài)鎳磷合金。由于它不僅具 有優(yōu)異的耐蝕性能，而且經(jīng)熱處理后，其硬度和耐磨性可與電鍍硬鉻相媲美，因而受到廣 泛關(guān)注。四十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研人員在鍍液成份及鍍覆條件、電沉積機(jī)理和非晶態(tài)形成條 件、鍍層的物相結(jié)構(gòu)及測(cè)定方法、鍍層性能和耐蝕機(jī)理等方面做了大量的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在普通冷軋鋼板表面脈沖電鍍Ni-Si復(fù)合鍍層及其熱 原子滲的處理方法。本發(fā)明是一種普通冷軋鋼板表面脈沖電鍍Ni-Si復(fù)合鍍層及其熱原子滲的處理 方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟a冷軋鋼板的預(yù)處理將欲處理的普通冷軋鋼板經(jīng)堿洗、酸洗、水洗，干燥后備用； b配制鍍液鍍液的原料組成及其體積質(zhì)量含量如下
NiCl9
6H20
NiSO, · 6H90
H3BO3
C6H8O7 · 6H20 NH4HF2 聚乙二醇 納米Si粉
30 10 -10
25 50g/L 100 150g/L -40g/L 12g/L -15g/L 2 lOg/L 10 50g/L
c電鍍將上述經(jīng)預(yù)處理的普通冷軋鋼板放入上述鍍液中進(jìn)行電鍍，將電鍍液的pH值 調(diào)節(jié)到2. 5-5. 8 ；鍍液的溫度為30-60 0C ；采用的陽(yáng)極為鎳電極；電鍍時(shí)間為20 30分鐘。
電流參數(shù)為平均電流密度0. 8 -1. 5A/dm2,峰值電流密度5 7A/ dm2,脈沖時(shí) 間的通斷比 200 μ S: 200μ s ~ 200μ s 600 μ s ；
d對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲處理該熱處理的工藝參數(shù)如下
熱原子滲溫度 H2通氣量為 升溫梯度 保溫時(shí)間 降溫梯度
500-800
lL/min---3L/min
5—10 °C/min 2-—5h
10—30 °C/min
本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)如下敘述本發(fā)明中采用的脈沖電鍍和熱原子滲的熱處理方法 可有效地增強(qiáng)普通冷軋鋼板的耐腐蝕性能；并且由于加入了適量的納米硅粉，使其形成 Ni-Si復(fù)合合金鍍層，有利于提高耐腐蝕性能。另外還采用了通入壓的進(jìn)行熱原子滲的熱 處理方法，在H2的還原氣氛條件下，使部分氧化物還原并且能保證熱原子能穩(wěn)定存在，熱原 子的滲入能提高復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施敘述于后。實(shí)施例1
本實(shí)施例的過(guò)程和步驟如下 (1)冷軋鋼板試樣的清洗預(yù)處理。(2)配制基礎(chǔ)化學(xué)鍍液=NiCl2 · 6H20 35g/L, NiSO4 · 6H20 120g/L，H3BO3 35g/L, C6H8O7 ·6Η20 lOg/L, NH4HF2 11 g/L，表面活性劑(聚乙二醇)5g/L，調(diào)整pH值為4. 5，溫度控 制在20 ，加入10 g/L球磨后的納米Si粉體。(3)將預(yù)處理好的試樣浸入鍍液中電鍍15分鐘后，取出。(4)對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲，其工藝參數(shù)為熱原子滲溫度500-800 ，H2通氣 量為lL/min-—3L/min，升溫梯度5—10 t/min，保溫時(shí)間2-—5h，降溫梯度10—30 0C/ min
在經(jīng)過(guò)電鍍和熱原子滲處理后的普通冷軋板表面進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)，測(cè)得耐鹽霧時(shí)間；同 時(shí)浸泡于5%硫酸鈉溶液中30min后，測(cè)試其極化曲線，得出其腐蝕電流密度。
電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為Pt電極，將 上述經(jīng)預(yù)處理樣品浸泡入由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制的5%Na2S04溶液中，在型號(hào)為 CHI660C的電化學(xué)工作站上進(jìn)行極化曲線測(cè)試。實(shí)施例2
本實(shí)施例的過(guò)程和步驟如下
(1)冷軋鋼板試樣的清洗預(yù)處理
(2)配制基礎(chǔ)化學(xué)鍍液=NiCl2· 6H20 35g/L, NiSO4 · 6H20 120g/L，H3BO3 35g/L, C6H8O7 ·6Η20 lOg/L, NH4HF2 11 g/L，表面活性劑(聚乙二醇)5g/L，調(diào)整pH值為4. 5，溫度控 制在30 ，加入20 g/L球磨后的納米Si粉體。(3)將預(yù)處理好的試樣浸入鍍液中電鍍15分鐘后，取出。(4)對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲，其工藝參數(shù)為熱原子滲溫度500-800 ，H2通氣 量為lL/min-—3L/min，升溫梯度5—10 t/min，保溫時(shí)間2-—5h，降溫梯度10—30 0C/ min
在經(jīng)過(guò)電鍍和熱原子滲處理后的普通冷軋板表面進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)，測(cè)得耐鹽霧時(shí)間；同 時(shí)浸泡于5%硫酸鈉溶液中30min后，測(cè)試其極化曲線，得出其腐蝕電流密度。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為Pt電極，將 上述經(jīng)預(yù)處理樣品浸泡入由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制的5%Na2S04溶液中，在型號(hào)為 CHI660C的電化學(xué)工作站上進(jìn)行極化曲線測(cè)試。實(shí)施例3
本實(shí)施例的過(guò)程和步驟如下
(1)冷軋鋼板試樣的清洗預(yù)處理
(2)配制基礎(chǔ)化學(xué)鍍液=NiCl2· 6H20 35g/L, NiSO4 · 6H20 120g/L，H3BO3 35g/L, C6H8O7 ·6Η20 lOg/L, NH4HF2 11 g/L，表面活性劑(聚乙二醇)5g/L，調(diào)整pH值為4. 5，溫度控 制在40 ，加入30 g/L球磨后的納米Si粉體。(3)將預(yù)處理好的試樣浸入鍍液中電鍍15分鐘后，取出。(4)對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲，其工藝參數(shù)為熱原子滲溫度500-800 ;H2通 氣量為lL/min-—3L/min ；升溫梯度5—10 °C/min ；保溫時(shí)間2-—5h，降溫梯度10—30 0C/mino在經(jīng)過(guò)電鍍和熱原子滲處理后的普通冷軋板表面進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)，測(cè)得耐鹽霧時(shí) 間；同時(shí)浸泡于5%硫酸鈉溶液中30min后，測(cè)試其極化曲線，得出其腐蝕電流密度。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為Pt電極，將 上述經(jīng)預(yù)處理樣品浸泡入由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制的5%Na2S04溶液中，在型號(hào)為 CHI660C的電化學(xué)工作站上進(jìn)行極化曲線測(cè)試。實(shí)施例4
本實(shí)施例的過(guò)程和步驟如下
(1)冷軋鋼板試樣的清洗預(yù)處理
(2)配制基礎(chǔ)化學(xué)鍍液=NiCl2· 6H20 35g/L, NiSO4 · 6H20 120g/L，H3BO3 35g/L, C6H8O7 · 6H20 lOg/L, NH4HF2 11 g/L，表面活性劑(聚乙二醇)5g/L，調(diào)整pH值為4. 5，溫度控 制在50 ，加入40 g/L球磨后的納米Si粉體。
(3)將預(yù)處理好的試樣浸入鍍液中電鍍15分鐘后，取出。(4)對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲，其工藝參數(shù)為熱原子滲溫度500-800 ，H2通氣 量為lL/min-—3L/min，升溫梯度5—10 t/min，保溫時(shí)間2-—5h，降溫梯度10—30 0C/ min
在經(jīng)過(guò)電鍍和熱原子滲處理后的普通冷軋板表面進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)，測(cè)得耐鹽霧時(shí)間；同 時(shí)浸泡于5%硫酸鈉溶液中30min后，測(cè)試其極化曲線，得出其腐蝕電流密度。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為Pt電極，將 上述經(jīng)預(yù)處理樣品浸泡入由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制的5%Na2S04溶液中，在型號(hào)為 CHI660C的電化學(xué)工作站上進(jìn)行極化曲線測(cè)試。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為Pt電極，將待 測(cè)電極浸泡入由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制的5%Na2S04溶液中，在型號(hào)為CHI660C的電化 學(xué)工作站上進(jìn)行極化曲線測(cè)試。對(duì)比例
本對(duì)比實(shí)施例中，在鍍液中加入納米硅粉體。處理過(guò)程和步驟如下
配制基礎(chǔ)化學(xué)鍍液NiCl2 ·6Η20 35g/L，NiSO4 ·6Η20 120g/L，H3BO3 35g/L，C6H8O7 ·6Η20 lOg/L, NH4HF2 11 g/L，表面活性劑(聚乙二醇)5g/L，調(diào)整pH值為4. 5，溫度控制在60 ，不 加入納米Si粉體。將預(yù)處理好的試樣浸入鍍液中電鍍15分鐘后，取出。對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲，其工藝參數(shù)為熱原子滲溫度500-800 ，H2通氣量 為:lL/min-—3L/min,升溫梯度:5—10 °C/min,保溫時(shí)間2-—5h，降溫梯度10—30 0C/ min
在經(jīng)過(guò)電鍍和熱原子滲處理后的普通冷軋板表面進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)，測(cè)得耐鹽霧時(shí)間；同 時(shí)浸泡于5%硫酸鈉溶液中30min后，測(cè)試其極化曲線，得出其腐蝕電流密度。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為Pt電極，將 上述經(jīng)預(yù)處理的樣品浸泡入由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制的5%Na2S04溶液中，在型號(hào)為 CHI660C的電化學(xué)工作站上進(jìn)行極化曲線測(cè)試
在上述各實(shí)施例中，采用了不同的納米硅粉體含量，最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于下表1中。表1不同納米粉體含量對(duì)冷軋板表面熱滲層耐腐蝕性能的影響
權(quán)利要求
1. 一種普通冷軋板表面采用脈沖電鍍M-Si復(fù)合鍍層及其熱原子滲的處理方法，其特 征在于具有以下的過(guò)程和步驟a.冷軋鋼板的預(yù)處理將欲處理的普通冷軋鋼板經(jīng)堿洗、酸洗、水洗，干燥后備用；b.配制鍍液鍍液的原料組成及其體積質(zhì)量含量如下 NiCl2 · 6H2025 50g/LNiSO4 · 6H20100 150g/LH3BO330 40g/LC6H8O7 · 6H2010 12g/LNH4HF210 15g/L聚乙二醇2 10g/L納米Si粉10 50g/Lc.電鍍將上述經(jīng)預(yù)處理的普通冷軋鋼板放入上述鍍液中進(jìn)行電鍍，將電鍍液的pH 值調(diào)節(jié)到2. 5-5. 8 ；鍍液的溫度為30-60 0C ；采用的陽(yáng)極為鎳電極；電鍍時(shí)間為20 30分 鐘；電流參數(shù)為平均電流密度0.8 -1.5A/dm2，峰值電流密度5 7A/ dm2,脈沖時(shí)間的 通斷比 200 μ S: 200μ s ~ 200μ s 600 μ s ；d.對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行熱原子滲處理該熱處理的工藝參數(shù)如下 熱原子滲溫度 500-800 H2通氣量為IL/xHiin-—3L/min升溫梯度5--10°C/min保溫時(shí)間2--5h降溫梯度10--300C/mino
全文摘要
本發(fā)明涉及一種普通冷軋鋼板表面脈沖電鍍Ni-Si復(fù)合鍍層及其熱原子滲的處理方法，屬于金屬表面合金化處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點(diǎn)是先采用脈沖電鍍的方法，利用納米硅粉誘導(dǎo)Ni-Si復(fù)合鍍層，并且采用高溫?zé)嵩訚B處理，使Ni-Si復(fù)合鍍層在還原氣氛下滲入冷軋鋼板表面。經(jīng)本發(fā)明方法處理過(guò)的普通冷軋鋼板，其耐腐蝕性有明顯提高，其鍍層結(jié)合力好，具有較好的耐鹽性和耐酸性，其腐蝕電流密度明顯降低。
文檔編號(hào)C25D5/18GK102061481SQ20101058828
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者李振華, 杜海龍, 王毅, 盛敏奇, 鐘慶東 申請(qǐng)人:上海大學(xué)