[发明专利]机械镀Zn-Sn合金层还原沉积工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种机械镀Zn-Sn合金镀层的工艺，尤其是一种采用机械镀及锡还原沉积方法，在钢铁零件表面形成锌－锡合金镀层（Zn-Sn），属于机械镀覆工艺技术领域。

技术背景

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，再加入水和冲击介质（玻璃丸），并根据预定的镀层厚度加入金属粉和化学药剂，在镀筒的转动过程中，形成一个具有碰撞、搓碾作用并附带化学药剂的流态环境，从而在钢铁零件表面镀覆具有防腐蚀及装饰效果的锌、锡等合金层。近年来机械镀层除锌基合金外，Zn－Al、Zn－RE、Zn－Al－RE、Zn－Sn等合金镀层都进入到工业应用中。其中Zn－Sn合金镀层对盐水和含盐水蒸气具有较好的抗腐蚀性能，能在海洋性腐蚀环境中表现出良好的服役效果，在澳洲及部分临海国家应用后已列入标准。

现有技术大都采用锡盐引导锌、锡金属粉沉积的工艺，具体是：工件在机械镀前，需经过硫酸铜处理而形成铜层，称为“闪铜”，之后加入亚锡盐，使之在铜层上沉积出一层锡层，在此基础上再加入柠檬酸、柠檬酸氨、聚氧乙烯乙二醇等复合保持性活化剂，并一次性或分次加入锌粉、锡粉以及亚锡盐，以便逐渐形成镀层。上述工艺中，有机酸及酸式盐可保证去除金属粉表面的氧化皮，使其保持活性；亚锡盐作为沉积活化剂，能够促进锌粉的沉积，因为锡的电位与锌和铁相比为正电位，在酸性水溶液中锡粉溶解生成的锡离子，或者加入亚锡盐（氯化亚锡或硫酸亚锡）水解出的锡离子可直接在铁基上还原沉积为锡，或在镀液中锌粉团上还原沉积为锡并携带锌粉在铁基上沉积，即：依靠亚锡盐还原携带金属锌粉和锡粉共同沉积。但经本申请的发明人研究后认为：以亚锡盐的还原沉积来驱动金属粉共同沉积的现象，虽然存在，但却比较微弱，并且过程较为缓慢，沉积效率低，要形成含锡量大于5%以上的机械镀Zn－Sn合金镀层，不能仅靠亚锡盐的还原，必须加入金属锡粉。例如，机械镀Zn－Sn25%合金镀层，锡粉的实际加入量一般为金属粉总量的36～41%，金属锡粉的有效使用率只有60%左右。另外，现有技术目前存在的问题是：1）柠檬酸系的活化剂活化性弱，在溶液中不稳定，使得工艺周期长，30微米以上的镀层，其沉积率下降，锌粉、锡粉利用率低；2）当利用亚锡盐在酸性水溶液中锡离子的还原沉积作为锌粉、锡粉沉积的主要促进剂时，在Zn－Sn镀层形成后，其镀层成分与即将沉积的合金粉成分很接近，使得还原电位逐渐降低，造成沉积进展缓慢，镀层形成效率降低；3）市购锡粉的粒径较粗，容易造成镀层内部结构疏松，使致密度低于60%，而且表面粗化，甚至出现明显的点疤；4）Zn－Sn合金镀层的合金元素锡，是以粉末状添加，在共同沉积过程中，粗大颗粒的锡粉聚集性差，不易被吸附或携带入镀层，金属锡粉的有效使用率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种所得镀层性能好，机械镀过程中能耗小、污染少，并有效节约金属锡粉的机械镀Zn－Sn合金层还原沉积工艺。

本发明通过下列技术方案完成：一种机械镀Zn－Sn合金层还原沉积工艺，其特征在于经过下列步骤：

A、镀前工件预处理：采用常规化学法或氧化法，除去镀件表面沾附的油污；再经过酸洗或抛丸处理，以除尽工件表面的氧化皮；

B、在工件表面建立基层：将预处理的工件、冲击介质和水装入镀筒中，其中，加入的冲击介质的体积量为工件体积量的1～2倍，加入的水量为没过工件和冲击介质，调整镀液的pH值为1～2，同时加入锌粉和亚锡盐，在转筒速度为60～80米/分的条件下，进行机械镀，直至工件表面形成一层1～2微米的 Zn-Sn合金基层，其中在加入的锌粉与亚锡盐总重量中，亚锡盐占1～3％质量比，其余为锌粉；

C、合金化镀层增厚处理：在步骤B的镀筒中加入复合表面活化剂，形成一个促进合金粉吸附-沉积的环境，再根据所需镀层成分及厚度要求，一次性或者分次加入金属锌粉和还原沉积剂，加料强度控制在每3～5分钟沉积3～5微米镀层厚度，其中：金属锌粉的总重量＝按镀层厚度和合金配比要求计算出的质量×1.1；还原沉积剂总重量＝按镀层厚度和合金配比要求计算出的质量×1.0～1.5；在转筒速度为40～70米/分条件下，完成镀层增厚的加料，之后在镀筒中加入清水至没过工件和冲击介质，让镀筒继续转动3～5分钟，使镀层组织结构强化、外表光亮，之后取出镀件，经清洗、烘干后，得机械镀产品。