[发明专利]锌‑铁合金层材料

说明书

发明领域

本发明涉及一种硬质锌-铁合金层材料，其具有光亮的外观并且用于提供金属基体的防腐蚀性。

背景技术

锌-镍合金层是公知的用于金属基体的防腐层。通过电镀从碱性电镀熔液中沉积出这种合金。例如在US5,405,523、US5,435,898、US6,652,728B l和US6,706,167B1中公开了常见的电镀溶液成分。在从该电镀溶液成分中沉积出的锌-镍合金层中的镍含量的范围为从12wt％至16wt％。锌-镍合金层提供金属基体诸如铁基合金的足够的防腐蚀性，并同时具有光亮的外观和>500HV0.0025的维氏硬度。

由于从这种锌-镍合金层中释放出的少量镍离子的毒性，所以需要具有较低毒性但是在耐蚀性、光亮外观和足够硬度方面具有相似的性能的替代性的锌合金层。

专利US5,405,523、US5,435,898、US6,652,728B1和US6,706,167B1中公开的电镀溶液成分也能够用于沉积出锌-铁合金。然而，从该电镀溶液成分中沉积出的锌-铁合金具有≤1wt％的铁含量并且不能满足在合金层的耐蚀性和硬度方面的要求。从该电镀溶液成分中沉积出的具有较高铁含量的锌-铁合金显示出，所沉积出的层中的铁分布不均匀并且因此无法为下面的基体提供足够的防腐蚀性。

在这种锌-铁合金电镀溶液成分中的铁离子浓度较高的情况下，沉积出不同金属间化合的锌-铁相的混合物。此外，获得的晶粒结构不均匀。这导致沉积物性能诸如耐蚀性、硬度和外观的再现性差。

Narasimhamurthy，B.S.Sheshadri，Metal Finishing(1997)44描述了一种用于沉积具有15wt％-25wt％的铁含量的锌-铁合金的碱液电镀工艺。但是，该工艺在电流密度低于1A／dm²的情况下，涂层中的铁含量会急剧增加。因此，这种电镀溶液不适合于电镀具有复杂形状的基体。

在CN101545125A中公开了一种用于沉积含铁量为17wt％-20wt％的锌-铁合金层的电镀溶液。从该电镀溶液中沉积出的并且相继地涂覆含Cr³⁺离子的钝化层的锌-铁合金层材料提供了对于大多数应用来说不足够的防腐蚀性。在含有17.5wt％铁的锌-铁层材料的情况下，在65小时后，在中性盐喷雾试验中已经观察到5％白锈的形成。此外，在该工艺中，使用高达1g／l的EDTA严重限制了工业应用。

发明内容

发明目的

因此本发明的目的是提供一种具有高度均匀的合金成分、耐腐蚀性能、硬度并且外观光亮的锌-铁合金层材料。

本发明的另一个目的是提供一种适合于沉积具有高度均匀的合金成分、耐腐蚀性能、硬度并且外观光亮的锌-铁合金层材料的碱性电镀水溶液。

本发明的另一个目的是提供一种沉积具有高度均匀的合金成分、耐腐蚀性能、硬度并且外观光亮的锌-铁合金层材料的方法。

发明概述

如下的锌-铁合金层材料解决了本发明的第一个目的，该锌-铁合金层材料具有Γ-相的体心立方晶体结构，该晶体结构具有(330)织构，并且铁含量的范围为12wt％至20wt％。

一种碱性锌-铁合金电镀水溶液解决了第二个目的，其包括：

-4至6g／l锌离子

-1至3g／l铁离子

-25至35g／l氢氧根离子

-0.5至2.5g／l季铵聚合物，和

-选自由羟基羧酸盐组成的组的至少一种络合剂。

通过一种用于沉积锌-铁合金层材料的方法解决了第三个目，该锌-铁合金层材料具有Γ-相的体心立方晶体结构，该晶体结构具有(330)织构，并且铁含量的范围为12wt％至20wt％，该方法包括以下步骤：

(i)提供金属基体，和

(ii)使上述碱性电镀水溶液与所述基体接触并且同时向所述基体施加电流。

仅在672小时后才观察到在涂覆有根据本发明的锌-铁合金层材料的钢基体的按照ISO9227N SS的中性盐喷雾测试中少于1％的白锈的形成，以及含有Cr³⁺离子的钝化层。

锌-铁合金层材料具有光亮外观并且具有超过380HV0.0025的维氏硬度。

附图说明

图1示出Γ-ZnFe合金相(330)反射(Cu k alpha)的位置和高度与所沉积出的层中的铁含量的关系图。