[发明专利]机械镀锌基钛合金镀层工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种采用机械镀的方法在钢铁零件表面上获得锌基钛合金镀层的工艺，特别是采用机械镀的方法，过程中使用无机钛盐添加剂，在钢铁零件表面形成机械镀锌基钛合金镀层(Zn-Ti)的方法。属于钢铁材料的表面镀覆工艺技术领域。

技术背景：

在工、农业生产上使用最多的金属材料是钢铁材料。钢铁材料的耐腐蚀性能较差，表面极易氧化生铁，使用前需进行防护处理。目前，钢铁表面防腐的主要工艺技术是热浸镀和电镀。由于电镀镀层较薄不实于长期服役的钢铁制品、零件的表面防护，因此，采用热浸镀的锌和锌基合金层是主要的防护镀层。近年国内外在热浸镀领域重点发展多元合金镀层，在钢板、钢丝和部分制品上，已经基本替代了传统的镀锌层。热浸镀锌基合金中的各合金元素，分别起到了抑制枝晶生长、减小表面张力、抑制晶界腐蚀、降低合金熔点增加流动性、提高耐腐蚀性和抗氧化性、增加合金与母材的润湿性等作用。它们一般以中间合金加入，其成分的控制受到各组元物理、化学特性和冶金条件(如熔点、比重、氧化烧损、温度和助镀剂)的影响。

锌是一种柔软、低强度的金属，在自然环境下，特别在大气环境中，其化学性能相当稳定。与Fe相比，pH值在4～12的范围内，Zn的耐腐蚀性能十分优良。在工业大气环境中，Zn的腐蚀速率大约为15μm/a，而在海洋和洁净的农村大气环境中，其腐蚀速率仅为上述工业大气的1/5左右。

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛由于对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，保护钛不受介质腐蚀。在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，耐腐蚀性较强。由于钛在防腐蚀方面的优良性能(特别是在海水中，高温下的防腐蚀性能)，使得人们不断的在传统的工艺中加入适量的钛及钛盐来改善工件的表面性能，提高工件的防腐能力。另外，锌、钛都具有较高的负电势，锌的标准电极电位为-0.763V，钛的标准电极电位为-1.628V，都比铁的标准电极电位负(Fe的标准电极电位为-0.440V)。因此，当具备锌基钛合金镀层的钢铁工件受到腐蚀介质作用时，锌-钛镀层先于钢铁基体发生氧化腐蚀反应，对钢铁基体起到了牺牲阳极保护的作用。钛比重轻，强度高，无磁性，收缩性小，化学性质稳定，具有极佳的耐腐蚀性和与组织的相容性。综上，锌基钛合金镀层对基体既有机械阻挡作用，又有电化学保护作用，具有优良的抗腐蚀性能，这些都有利于锌基钛合金镀层的广泛应用。

金属钛的熔点较高(1675±4℃)，标准电极电位较负，不易制备中间合金，因此采用热浸镀和电结晶方法一般难于在铁基上获得含钛的锌基合金镀层。

机械镀作为一种新兴的表面工程技术，其效率高、成本低、能耗小、工艺简单、环境污染小，是一种清洁生产技术和绿色制造技术。单一金属的机械镀工艺，如机械镀Zn已经成功应用于工业化生产；以机械镀的方法获得锌基铝、铜、锡、稀土合金镀层的研究和小批量应用发展迅速，而采用机械镀的方法获得锌基钛合金镀层，还未见研究和工业应用的报道。

发明内容：

本发明目的在于采用机械镀的方法，过程中使用无机钛盐添加剂，在钢铁零件表面形成机械镀锌基钛合金镀层(Zn-Ti)，以改善机械镀锌基镀层的硬度、强度和耐腐蚀性，提供一种采用机械镀的方法在钢铁零件表面上获得锌基钛合金镀层的工艺方法。

本发明的技术方案是：

不通过冶金和电结晶过程，采用机械镀方法，在常温、常压的条件下，在钢铁制品表面上形成锌基钛合金镀层，其工艺过程包括工件镀前处理、基层建立、合金化镀层增厚、镀层强化等工序。

首先对工件进行镀前处理，采用化学法或氧化法去除被镀的钢铁零件表面的油污，经过酸洗或抛丸处理去除工件表面的氧化皮后，将工件装入镀筒，并在筒内装入1～2倍的冲击介质和适量的水(冲击介质为普通机械镀使用的玻璃丸等，加入的体积量为工件体积的1～2倍)，同时加入无机酸调整镀液的pH值至1～2(无机酸可为硫酸、磷酸等)。随后建立基层，在转动的镀筒中加入锌粉、亚锡盐(如硫酸亚锡、氯化亚锡)和无机钛盐(如硫酸氧钛、三氯化钛、四氯化钛、四氟化钛)溶液。在加入总重量中，无机钛盐占0.01～3％，亚锡盐占1～3％，其余为Zn。建立基层时，镀筒转动时保持外接圆线速度在60～80米/分，直到钢铁基体表面上形成一层1～2微米的Zn-Sn-Ti合金基层。