[发明专利]锌－镍复合机械镀工艺

说明书

技术领域：本发明涉及一种锌-镍复合机械镀工艺方法，特别是小五金钢铁件表面的机械镀工艺技术，属于钢铁材料的表面镀覆技术领域。

技术背景：随着现代工业的迅速发展，人们对钢铁零件的耐蚀性要求越来越高，增加纯锌镀层的厚度虽然能满足不同环境的防腐要求，但纯锌镀层面临着越来越多的挑战。锌-镍复合镀层赋予了钢铁材料优异的耐蚀性，良好的成形和焊接性能，近年来受到国内外广泛的重视。目前，获得锌-镍复合镀层的方法主要有：电镀、电刷镀、热浸镀。电镀、电刷镀过程中基体金属(如钢铁)和共沉积的超微颗粒(如氧化物(氧化镍)、金属盐(硫酸镍、氯化镍)等)共同决定了镀层的质量，其影响因素主要有颗粒表面有效电荷密度、颗粒的尺寸和形状、金属离子在溶液中的特性、电流密度、搅拌强度、镀液类型及品种、添加剂、pH值、温度、极化性和表面微观电流分布等。现有的电镀锌-镍复合镀中，一般采用高电流密度来加快沉积速度，实现工业化快速生产；该方法存在易造成阴极打火烧焦镀层，可操作性差，生产不易控制等缺点。同时，电沉积锌-镍复合电镀层因为镀层厚度较薄和氢脆现象的产生，不能应用于长效耐腐蚀环境(如海边、工业大气中等)，不适合用于高强度连接件(如高强度螺栓、弹簧垫片、弹簧等)。另外，锌-镍复合电镀过程需要添加胺类有机物或其它复合有机物作为络合剂，废液处理难度大，成本高，存在严重的环境污染。

热浸镀方法只适用于获得低熔点金属防护层，如热浸镀锌层、热浸镀锡层和热浸镀铝层，一般不能获得高熔点金属镀层，如金属镍的熔点为1453℃，几乎与钢铁的熔点相当，所以获得镍热浸镀层是不可能的。锌的熔点为419℃，和金属镍熔点温度相差甚大，所以通过热浸镀获得镍含量高的锌-镍复合镀层也是不可能的。目前，热浸镀锌锌浴中加入的镍只有0.1％左右，其主要目的是解决含硅量高的活性钢热镀锌问题，抑制“桑德林”效应，改善锌液流动性，控制镀层厚度，提高镀层附着强度，而对于显著提高镀层的耐蚀性能意义并不大。所以说，通过热浸镀工艺获得高耐蚀性能的锌-镍复合镀层是行不通的；另外，热浸镀过程伴有严重的金属蒸气挥发、金属氧化物粉尘、且操作环境恶劣。

机械镀(Mechanical Plating)是在常温、常压下利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞，使金属粉在钢铁零件表面形成镀层的一种表面处理工艺。典型的机械镀工艺是把经过镀前处理的零件放入机械传动的镀筒中，加入水和冲击介质(玻璃珠)，转动镀筒形成一个具有碰撞和搓碾作用的流态环境。根据预定的镀层厚度加入金属粉和药剂，在化学药剂和机械碰撞的共同作用下使零件的表面形成镀层。机械镀与电镀和热浸镀相比具有独特的优点：①无氢脆，②镀层容易复合化，③无退火软化，④属于清洁生产工艺，⑤镀层厚度容易控制。虽然机械镀具有这些优点，但镀层的光泽性不如电镀；镀种单一，只能镀软金属，如机械镀锌、机械镀锡、机械镀锌-锡等。为了改善机械镀层的外观，提高镀层的耐腐蚀性能，人们在机械镀中加入其它金属元素，制备锌基复合镀层。如专利号为CN 1392287A的中国专利中制备了锌-铝复合机械镀层，专利号为5587006的美国专利中制备了锌-镍复合机械镀层。专利号为5587006的美国专利中以非溶性氧化镍(NiO或Ni₂O₃)为镍源，添加剂中除了镍氧化物外主要包括氧化亚锡、硫酸氢钠、柠檬酸、氨基磺酸、水合二氧化硅、二丁基硫脲、木素磺酸钠等，其中氧化亚锡颗粒要求尺寸低于10μm(一般1～6μm)，且含量较高，锡含量几乎为镍含量的100倍，故添加剂的成本较高，还会导制锌-镍镀层表面不平滑，有瘤状物产生，；另外，专利号为5587006的美国专利中的锌-镍复合机械镀工艺除了前处理、锌-镍镀层增厚、强化、卸料等步骤，还包括闪铜、闪锌步骤，工艺操作复杂。期刊杂志《电镀与涂饰》(2005年第5期，28～29页)中也进行了锌-镍机械镀层的研究，采用的镍源为金属镍粉，但从其全浸腐蚀试验结果分析，金属镍粉的有效利用率不高；另外，该文献的锌镍机械镀工艺中也必须进行闪铜操作。

发明内容：本发明目的在于克服现有技术的不足，发明一种利用机械镀工艺，借助于专用的含镍添加剂，提供一种能耗小、污染少，能在钢铁基体表面获得外观光滑的锌-镍复合镀层，并可较多程度提高镀层耐腐蚀性能的锌-镍复合机械镀工艺。

本发明目的在于发明一种在锌-镍复合机械镀层形成过程中加入含镍添加剂后，金属锌粉和镀液环境中还原产生的金属镍可共同沉积在钢铁基体上，获得外观色泽白亮、耐腐蚀性能好的锌-镍镀层的方法。