專利名稱：一種鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金表面處理方法，具體是涉及鈦合金零件化學(xué)鍍厚鎳的工藝方法。
目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于鋼鐵件化學(xué)鍍鎳工藝種類很多，研究范圍也很廣，涉及到鍍層耐磨性、耐蝕性、槽液穩(wěn)定性等各個(gè)方面。但鈦合金基體上施鍍與鋼鐵基體施鍍不同；鈦合金在大氣或水中，其表面都會(huì)立即生成一層保護(hù)性氧化膜，使之處于鈍化狀態(tài)，從而在許多化學(xué)介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐蝕性能，且這些膜具有良好的“自愈”性，一旦被清除，幾乎立即就會(huì)“自愈”而形成新膜。正因?yàn)槿绱?，在鈦合金表面進(jìn)行施鍍時(shí)，必須進(jìn)行專門(mén)的預(yù)處理，以保證其結(jié)合力。鈦合金表面化學(xué)鍍鎳的方法，主要包括除油、水洗、除膜、活化、化學(xué)鍍鎳等。但在已知技術(shù)中，存在除膜、活化時(shí)間較長(zhǎng)的缺陷，一般都需要1-1.5小時(shí)以上；對(duì)于在鈦合金表面化學(xué)鍍鎳厚度，一般只能在鈦合金基體上單槽一次性鍍出厚度為10-15微米，由此影響了化學(xué)鍍鎳件的性能和應(yīng)用范圍。目前，關(guān)于單獨(dú)以鎳的鍍層厚度為研究方向的，國(guó)內(nèi)外均無(wú)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)解決方案是對(duì)需要進(jìn)行施鍍的鈦合金基體經(jīng)檢查裝夾、除油、水洗后，使用本發(fā)明研制出的全新除膜、活化溶液，在常溫條件下，不僅使鈦合金基體表面得到除膜、活化，而且使除膜、活化時(shí)間均縮短到2-5分鐘，鈦合金基體經(jīng)過(guò)活化、水洗，在常溫條件下，進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理后，使用本發(fā)明研制的化學(xué)鍍鎳溶液，在控制PH為4.5～5.5，溫度為85℃～95℃攪拌條件下，完成對(duì)鈦合金基體表面單槽一次性鍍出厚度為50μm-150μm的鎳磷合金鍍層。
上面所述的除膜溶液組成是HNO3(65％重量濃度) 50-120ml/LHF(40％重量濃度) 60-150ml/LH2O2(30％重量濃度)120-210ml/L活化溶液組成是N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 450-600ml/LHF(40％重量濃度)100-170ml/L表面活性劑OP-10 0.5-5g/L預(yù)鍍鎳溶液組成是NiCl2220g/LHCl 175ml/L化學(xué)鍍鎳溶液配方有兩種配方1NiSO4·6H2o20-35g/LNaH2PO2·H2O 20-35g/LNaAC·3H2O 10-25g/LC3H6O3(85～90％重量濃度) 15-35ml/LPb2+10-15mg/L配方2NiSO4·6H2O20-35g/LNaH2PO2·H2O 20-35g/LNaAC·3H2O 10-25g/LC3H6O3(85-90％重量濃度) 10-30ml/L檸檬酸 3-10g/LPb2+10-15mg/L十二烷基硫酸鈉 10-50mg/L上述兩種化學(xué)鍍鎳溶液的應(yīng)用中裝載量均為1dm2/L。
本發(fā)明顯著的優(yōu)點(diǎn)、效益是由于采用了新研制的除膜、活化溶液，使其對(duì)鈦合金表面進(jìn)行除膜、活化的時(shí)間分別都由已知技術(shù)的1小時(shí)以上降到2-5分鐘，相應(yīng)地也使整體的鍍鎳時(shí)間得到縮短，提高了整體鍍鎳時(shí)效；另外不僅開(kāi)發(fā)了化學(xué)鍍厚鎳溶液，而且該溶液能夠通過(guò)間歇式添加補(bǔ)充液的方法，在鈦合金基體上單槽一次性鍍出厚度為50μm-150μm的光亮鎳磷合金鍍層。該鎳磷合金鍍層含磷量在8％-11％之間，結(jié)合力好，經(jīng)250℃熱處理后的鍍層硬度在HV500以上，經(jīng)350℃熱處理后的鍍層硬度在HV900以上。鍍層經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)，500小時(shí)后未出現(xiàn)腐蝕。該種鍍液可通過(guò)補(bǔ)加溶液主要成份連續(xù)使用，延長(zhǎng)了鍍液使用壽命。本發(fā)明在鈦合金表面化學(xué)鍍厚鎳工藝穩(wěn)定，操作方便，投資少，即可滿足零件小批量生產(chǎn)要求，也可以適應(yīng)大批量生產(chǎn)要求。同時(shí)大大提高了化學(xué)鍍鎳在鈦合金基體上的應(yīng)用，還可以在某些場(chǎng)合代替鍍鉻；可以對(duì)新制零件進(jìn)行鍍覆，也可以用于易磨損零件的修復(fù)，在航空、化工、紡織、海洋工業(yè)等許多部門(mén)都有廣闊的應(yīng)用空間。
1.化學(xué)除油槽液成分和工作條件如下氫氧化鈉 50g/L碳酸鈉65g/L磷酸鈉20g/L水玻璃7g/L水余量溫度 60～80℃時(shí)間 10～20min2.熱、冷水洗先用熱水沖洗零件，以防止零件表面有殘余除油液。后用冷水沖洗。
3.除膜HNO3(65％) 60ml/LHF(40％) 70ml/LH2O2120ml/L溫度 室溫處理時(shí)間 4min經(jīng)過(guò)除膜、沖洗后，零件有明亮的金屬光澤。
4.活化(DMF) 450ml/LHF(40％)100ml/LOP-10 4g/L
溫度室溫處理時(shí)間4min零件活化后，表面形成一層灰色的膜層，個(gè)別材料零件表面會(huì)形成黑色的膜層，屬正常現(xiàn)象。
5.預(yù)鍍鎳主要配方和參數(shù)氯化鎳 220g/L鹽酸(p＝1.17)175g/L溫度 室溫電流密度 5～8A/dm2時(shí)間 3～5min6.化學(xué)鍍鎳NiSO4·6H2O27g/LNaH2PO2·H2O 32g/LNaAC·3H2O 15g/LC3H6O3(85～90％) 26ml/LPb2+10mg/LPH 4.9溫度 90℃6.1 配制鍍液采用蒸餾水，以減少雜質(zhì)的影響。槽液裝戴量按每升溶液鍍1～2dm2的面積計(jì)算。
6.2 施鍍過(guò)程中，可用潔凈的壓縮空氣攪拌槽液。
6.3鍍鎳時(shí)，要隨零件鍍一試樣，以確定厚度?；瘜W(xué)鍍厚鎳可采用補(bǔ)充添加液的方法來(lái)延長(zhǎng)施鍍時(shí)間以達(dá)到要求的厚度。
添加液A硫酸鎳200g/L乙酸鈉2g/L乳酸(85～90％)25ml/L添加液B次磷酸鈉 250g/L乙酸鉛2mg/L分別配制A、B兩種添加液，單獨(dú)存放。
為達(dá)到較厚鎳層厚度和保證穩(wěn)定的沉積速度，應(yīng)在施鍍進(jìn)行1.5h和3.5h后分別補(bǔ)充鍍液。按照每升化學(xué)鍍鎳溶液加入35mlA和35mlB液，在燒杯中將A、B添加液混合，加熱至工作溫度時(shí)緩慢加入槽液中。
通過(guò)補(bǔ)充添加液，可使鍍液沉積速度穩(wěn)定在14～17μm/h。
7.干燥用熱的空氣吹干。
鍍液的沉積速度為15～17μm/h，共施鍍約五小時(shí)。鍍出的化學(xué)鍍鎳層光亮細(xì)致，鍍層厚度均勻。經(jīng)過(guò)千分尺測(cè)量鍍層厚度達(dá)到75微米左右。將經(jīng)過(guò)210±10℃熱處理1小時(shí)的試片用銼刀法進(jìn)行試驗(yàn)，鈦合金基本體與鍍層結(jié)合力良好。鍍層經(jīng)中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)，96小時(shí)無(wú)腐蝕現(xiàn)象。磷含量為10％(wt)，鍍層中的磷含量適中。經(jīng)200℃熱處理1小時(shí)后的試樣HV650左右；經(jīng)350℃處理1小時(shí)后的試樣HV960左右。經(jīng)檢驗(yàn)，外觀、結(jié)合力、硬度各項(xiàng)指標(biāo)均合格。
例2在某機(jī)大修過(guò)程中，有某部件處氣閥墊圈采用化學(xué)鍍厚鎳技術(shù)，以提高零件的使用壽命，防止零件與裝配部位發(fā)生磨損。在生產(chǎn)時(shí)采用如下工藝化學(xué)除油→熱、冷水洗→除膜→冷水洗→活化→冷水洗→預(yù)鍍鎳→冷水洗→化學(xué)鍍鎳→冷水洗→干燥→檢查。
主要工藝過(guò)程中溶液的配方及工藝參數(shù)如下1.化學(xué)除油同例1。
2.熱、冷水洗同例1。
3.除膜HNO3(65％) 110ml/LHF(40％)130ml/LH2O2180ml/L溫度室溫處理時(shí)間4min經(jīng)過(guò)除膜、沖洗后，零件有明亮的金屬光澤。
4.活化(DMF) 560ml/LHF(40％)160ml/LOP-10 4g/L溫度室溫處理時(shí)間4min零件活化后，表面形成一層灰色的膜層，個(gè)別材料零件表面會(huì)形成黑色的膜層，屬正常現(xiàn)象，不影響結(jié)合力。
5.預(yù)鍍鎳同例1。
6.化學(xué)鍍鎳NiSO4·6H2O 30g/LNaH2PO2·H2O 32g/LNaAC·3H2O17g/LC3H6O3(85～90％) 20ml/L檸檬酸 6g/L
十二烷基硫酸鈉50mg/LPb2+10mg/L溫度 90℃PH4.9施鍍約3.5小時(shí)左右，沉積出的化學(xué)鍍鎳層光亮細(xì)致，鍍層厚度均勻，結(jié)合力良好。經(jīng)過(guò)千分尺測(cè)量鍍層厚度達(dá)到50微米左右。
經(jīng)檢驗(yàn)，外觀、結(jié)合力、硬度等各項(xiàng)指標(biāo)均合格。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法，包括裝夾、除油、水洗、除膜、活化、化學(xué)鍍鎳工序，其特征是對(duì)鈦合金基體面進(jìn)行除膜、活化分別是在除膜溶液、活化溶液中，常溫，時(shí)間分別為2-5分鐘內(nèi)完成，化學(xué)鍍厚鎳是將經(jīng)過(guò)預(yù)鍍鎳的鈦合金基體浸入化學(xué)鍍鎳溶液中，在控制PH為4.5-5.5，溫度為85℃-95℃，攪拌條件下單槽一次性鍍出鎳磷合金鍍層。
2.按照權(quán)利要求1所述的鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法，其特征在于除膜溶液的組成為HNO3(65％重量濃度)50-120ml/LHF(40％重量濃度) 60-150ml/LH2O2(30％重量濃度) 120-210ml/L
3.按照權(quán)利要求1所述的鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法，其特征是活化溶液的組成為N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 450-600ml/LHF(40％重量濃度) 100-170ml/L表面活性劑OP-10 0.5-5g/L
4.按照權(quán)利要求1所述的鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法，其特征在于化學(xué)鍍鎳溶液配方有兩種配方1NiSO4·6H2o 20-35g/LNaH2PO2·H2O20-35g/LNaAC·3H2O10-25g/LC3H6O3(85-90％重量濃度) 15-35ml/LPb2+10-15mg/L配方2NiSO4·6H2O 20-35g/LNaH2PO2·H2O20-35g/LNaAC·3H2O10-25g/LC3H6O3(85-90％重量濃度) 10-30ml/L檸檬酸 3-10g/LPb2+10-15mg/L十二烷基硫酸鈉 10-50mg/L
5.按照權(quán)利要求1所述的鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法，其特征是在鈦合金基體上單槽一次性鍍出厚度為50μm-150μm的鎳磷合金鍍層。
6.按照權(quán)利要求1所述的鈦合金化學(xué)鍍厚鎳的方法，其特征是鎳磷合金鍍層含磷量在8％-11％之間，經(jīng)250℃熱處理后的鍍層硬度＞HV500，經(jīng)350℃熱處理后的鍍層硬度＞HV900。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦合金零件化學(xué)鍍厚鎳的方法，主要包括裝夾、除油、水洗、除膜、活化、預(yù)鍍鎳、化學(xué)鍍鎳，特點(diǎn)是使用本發(fā)明研制的除膜、活化溶液，在常溫條件下，使鈦合金表面得到除膜，活化，其除膜、活化時(shí)間均縮短到2－5分鐘，使用本發(fā)明研制的化學(xué)鍍鎳溶液，在控制pH為4.5－5.5，溫度為85℃－95℃攪拌條件下，能夠在鈦合金基體上單槽一次性鍍出厚度為50μm－150μm的鎳磷合金鍍層，鎳磷合金鍍層含磷量在8％－11％之間，結(jié)合力好，耐磨性強(qiáng)，耐蝕性好；經(jīng)過(guò)熱處理后鍍層硬度可達(dá)HV500－1000；鍍液沉積速度快，并且通過(guò)補(bǔ)加鍍液主要成份，鍍液可連續(xù)使用，延長(zhǎng)了鍍液的使用壽命，本發(fā)明工藝穩(wěn)定，操作方便，投資少，可以對(duì)新制零件進(jìn)行鍍覆，也可以用于易磨損零件的修復(fù)。
文檔編號(hào)C23C18/18GK1439741SQ0213325
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者趙林, 張春剛, 郁祖湛 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司