一種提高耐腐蝕性的表面鎳涂層晶粒度調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及表面處理技術(shù)，具體設(shè)及一種提高合金耐腐蝕性的表面儀涂層晶粒度 調(diào)控方法，更具體地說(shuō)是在合金表面通過(guò)調(diào)控不同電沉積參數(shù)得到微米到納米尺寸變化的 Ni涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，金屬合金的用途非常廣泛，常見(jiàn)的包括銅合金、儀合金、鐵合金、侶合金等， 主要應(yīng)用于汽車(chē)制造、建材、航空航天、海洋平臺(tái)等行業(yè)。但是由于合金本身存在的缺陷如 成分偏析、組織疏松等，使其在潮濕的空氣、海洋大氣等腐蝕環(huán)境中遭受?chē)?yán)重的腐蝕，包括 電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕，大大降低構(gòu)件材料的使用壽命，限制其應(yīng)用范圍。
[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)象，表面處理工藝包括攬拌摩擦加工、熱噴涂、表面激光烙覆和電鍛能 夠合理調(diào)控改性金屬的表層微觀結(jié)構(gòu)而不改變基體組織結(jié)構(gòu)，在有效改善耐腐蝕性能方面 有突出的優(yōu)勢(shì)。其中電鍛涂層技術(shù)因其制備設(shè)備簡(jiǎn)單，所得涂層結(jié)構(gòu)致密、耐蝕性能優(yōu)異等 特性被廣泛應(yīng)用于材料的表面防護(hù)領(lǐng)域。
[0004] 電鍛儀涂層因其較高的耐腐蝕性能而被廣泛應(yīng)用，且晶粒尺寸越小耐腐蝕性能越 好。目前，傳統(tǒng)的電鍛儀涂層工藝往往通過(guò)添加糖精等晶粒細(xì)化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)納米尺寸的儀涂 層，但在后續(xù)熱處理退火消除電沉積應(yīng)力、提高結(jié)合力和均勻細(xì)化表面結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，容易 導(dǎo)致雜質(zhì)元素偏析，如糖精的加入會(huì)導(dǎo)致硫元素的晶界偏析，發(fā)生硫化脆化，從而導(dǎo)致合金 性能惡化。專(zhuān)利號(hào)為CN104562111A，名為"一種提高儀侶青銅耐腐蝕能力的方法"里所介紹 的電鍛Ni-Cr涂層，具有厚度不可持續(xù)增加、Cr含量不可控，且電鍛液中有較多添加劑從而 影響鍛層質(zhì)量等缺陷。基于上述原因，在合金表面電沉積儀涂層W提高其耐腐蝕性能是有 利的。
[0005] 基于上述原因，開(kāi)發(fā)一種在合金表面電沉積得到細(xì)晶粒尺寸的涂層的電鍛方法是 有利的。
[0006] 基于上述原因，需要開(kāi)發(fā)一種不添加晶粒細(xì)化劑，僅通過(guò)控制電沉積參數(shù)實(shí)現(xiàn)納 米晶粒尺寸的儀涂層的電沉積方法。
[0007] 基于上述原因，需要開(kāi)發(fā)一種可W調(diào)控厚度、重復(fù)性能好的Μ涂層電沉積方法，適 用于各種需防腐金屬材料表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種提高耐腐蝕性的表面儀涂層晶 粒度調(diào)控方法，不添加晶粒細(xì)化劑，僅在合金表面通過(guò)調(diào)控不同電沉積參數(shù)得到微米到納 米尺寸變化的Ni涂層，W提高耐腐蝕性能。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 本發(fā)明提供了一種提高合金表面耐腐蝕性的表面儀涂層晶粒度調(diào)控方法，其特征 在于，所述方法包括W下步驟：
[0011] A、將需提高耐腐蝕性的合金表面機(jī)械打磨、除油、酸洗活化；
[0012] B、將步驟A處理過(guò)的合金作為陰極、和作為陽(yáng)極的不溶性?xún)x板一并置于電鍛液中， 與電源相連接進(jìn)行電鍛；
[001引C、將電鍛后的合金取出，去離子水沖洗，冷風(fēng)吹干，在其表面制備獲得Μ涂層，用 W提高耐腐蝕能力。
[0014] 優(yōu)選地，所述合金具體為儀侶青銅合金。
[0015] 優(yōu)選地，步驟A中，所述機(jī)械打磨依次使用180#、400#、800#、1200#水砂紙;所述除 油采用包含20~30g/L化0H、30~40g/L Na2C〇3、20~50g/L化3P〇4的除油液，除油條件為： 70~80°C恒溫1~2min;所述酸洗活化采用的活化液為100~150mL/L出S化溶液或100~ 150mL/L HC1溶液，W去除表面氧化物。所述除油液中，化0H具有很強(qiáng)的皂化能力，濃度過(guò)低 除油速度慢，濃度過(guò)高生產(chǎn)的肥皂難W溶解;Na2C〇3主要起緩沖作用;Na3P〇4起乳化作用，降 低油污和除油液之間的表面張力使油滴不能重聚，含量太低油滴重聚吸附在表面不容易脫 落。
[0016] 優(yōu)選地，步驟B中，所述電鍛液主鹽成分為300~400g/L Ni(S化畑2)2 · 4此0、15~ 60g/L NiCb ·細(xì)2〇。所述電鍛液的主鹽成分能夠提供較高含量的Ni且其分散能力和覆蓋能 力較好，從而提高電鍛速度和效率。氨基橫酸儀鍛液體系可W得到半光亮、平滑、低應(yīng)力的 儀鍛層。
[0017] 優(yōu)選地，步驟B中，所述電鍛液成分中還含有抑緩沖劑30~50g/L出B03、表面活性 劑0.1~0.15g/L Ci2出sS〇4Na。所述抑緩沖劑超過(guò)一定濃度范圍降低電流效率或產(chǎn)生其他副 作用。
[0018] 優(yōu)選地，步驟B中，所述電鍛液成分為： NiCb · 6H2O 15~30g/U Ni(SO.;NH2)] ·鈕2O 3〇〇-400g/L,
[0019] H.'BO; 30~40g/.L, Ci;:H25S〇4Na 0.1 -0.15g/L"
[0020] 優(yōu)選地，步驟B中，所述電鍛液不含任何晶粒細(xì)化劑。如糖精、次憐酸鋼、鹽酸徑胺、 棚氨化鋼、甲醒、氨基棚燒和水和阱。
[002。 優(yōu)選地，步驟B中，電鍛過(guò)程中電鍛液溫度為49~51°C，電鍛液抑值為3.8~4.2，電 鍛時(shí)間為60min。該電鍛溫度下可最大提高電鍛效率，但超過(guò)該溫度會(huì)導(dǎo)致鍛層熱應(yīng)力增 大;選擇該電鍛液抑值可最大提高陽(yáng)極溶解性和電流效率，超過(guò)該抑值范圍則會(huì)形成堿式 儀鹽沉淀，會(huì)使氨氣泡滯留于陰極表面從而形成針孔。
[0022] 優(yōu)選地，所述電鍛液pH值是使用畑3 ·出0溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中需邊緩慢滴加 邊攬拌。
[0023] 優(yōu)選地，步驟B中，所述電鍛采用直流電鍛和/或脈沖方波電鍛;所述直流電鍛電流 密度為1~5A/dm2,直流電流密度越大，所得儀涂層晶粒尺寸越大;所述脈沖電鍛正向電流 密度為1~30A/dm 2,反向電流密度為0~5A/dm2,脈沖頻率為100~500Hz，占空比為20~ 50%，通過(guò)調(diào)節(jié)各參數(shù)來(lái)獲得不同晶粒尺寸的儀鍛層。
[0024] 本發(fā)明的原理在于:脈沖電鍛主要是利用電流或電壓的脈沖張弛增加陰極的活化 極化和降低陰極的濃差極化，電流接通時(shí)，陰極金屬離子沉積；電流關(guān)掉時(shí)，陰極周?chē)碾x 子恢復(fù)到初始濃度。電流密度越高，使晶核的形成速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有晶體的生長(zhǎng)速率;電鍛 時(shí)間越短，頻率越高，使得儀涂層沉積時(shí)間短，晶粒長(zhǎng)大速度很慢。通過(guò)改變電流密度、關(guān)斷 時(shí)間Toff、導(dǎo)通時(shí)間T。。、脈沖頻率f (脈沖周期T = 1 /f)、占空比T。。/ (T。。巧。ff)，從而獲得不同 晶粒尺寸的儀鍛層。
[0025] 本發(fā)明獲得的Μ鍛層為一層致密、平整、無(wú)裂紋的鍛層，厚度可達(dá)20~50μπι，鍛層 厚度與電流密度和電鍛時(shí)間有關(guān)，電流密度越大，電鍛時(shí)間越長(zhǎng)，鍛層厚度越大。所獲得的 儀涂層表面均勻致密，與基體結(jié)合性好，通過(guò)控制不同的電鍛參數(shù)，儀涂層的晶粒尺寸大小 可由微米級(jí)(2~3un〇到納米級(jí)（10~20nm)變化;且所獲得的儀涂層由于電鍛液無(wú)糖精等添 加劑，使得儀涂層在后續(xù)熱處理去除內(nèi)應(yīng)力、提高結(jié)合力、均勻細(xì)化表面的過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn) 嚴(yán)重的硫偏析，因此表面無(wú)裂紋。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0027] 1、鍛液中不添加晶粒細(xì)化劑，使鍛層中不含硫元素，從而在后續(xù)熱處理加熱過(guò)程 中去除內(nèi)應(yīng)力、均勻細(xì)化表面時(shí)不發(fā)生鍛層硫化脆化，提高鍛層質(zhì)量。
[0028] 2、通過(guò)控制電鍛參數(shù)得到的細(xì)晶鍛層具有涂層致密、組織結(jié)構(gòu)均勻等優(yōu)點(diǎn)。
[0029] 3、鍛層具有較優(yōu)異的耐腐蝕性能，較高的硬度，能夠在較惡劣工況條件下服役，從 而保護(hù)基體不受侵蝕。
[0030] 4、通過(guò)控制電鍛時(shí)間得到不同厚度的儀涂層，且工藝參數(shù)的選擇重復(fù)性能好。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 通過(guò)閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0032] 圖1為實(shí)施例1的微米尺寸儀涂層的透射電鏡圖；
[0033] 圖2為實(shí)施例2的脈沖電鍛亞微米級(jí)Ni鍛層的電流密度示意圖；
[0034] 圖3為實(shí)施例2的亞微米尺寸儀涂層的透射電鏡圖；
[0035] 圖4為實(shí)施例3的脈沖電鍛納米級(jí)Ni鍛層的電流密度示意圖；
[0036] 圖5為實(shí)施例3的納米尺寸儀涂層的透射電鏡圖；
[0037] 圖6為本發(fā)明獲得的不同晶粒尺寸的儀鍛層在3.5%化C1溶液中的動(dòng)電位極化曲 線比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0039] 實(shí)施例1
[0040] 本實(shí)例設(shè)及一種用直流電鍛得到微米級(jí)儀涂層的電鍛方法，所述方法包括如下步 驟：
[0041 ] 步驟一:將儀侶青銅合金表面依次經(jīng)180#-400#-800#-1200#水砂紙機(jī)械打磨， 然后在所配置除油液(含30g/L化0H、35g/L化2C〇3、40g/L化3P〇4)中70°C恒溫Imin，除去 殘余油脂，用水沖洗后備用；
[0042] 步驟二:將處理好的儀侶青銅在lOOmL/L此S〇4進(jìn)行酸洗活化后用水沖洗冷風(fēng)吹干 后立即置于W下鍛液： NiCL · 61-L0 巧~30g/L Ni (SO 側(cè)，)。.地。0 3日0~400g/L
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