一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面制備Al-Ni復(fù)合鍍層的方法，涉及一種金屬表面鍍層方法，其特征是先用對粒徑為13±2μｍ鋁粉固體顆粒及脈沖電鍍的陰陽極材料進行預(yù)處理，然后再調(diào)控平均電流密度、鍍液溫度、占空比、pH、施鍍時間及Al固體顆粒在鍍液中的質(zhì)量濃度等技術(shù)參數(shù)進行脈沖復(fù)合電鍍。最后在發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面制備出耐磨、耐腐蝕、耐高溫、并且結(jié)合力高的Al-Ni復(fù)合鍍層。制備的Al-Ni復(fù)合鍍層表面較為均勻致密，細(xì)化晶粒，結(jié)合力良好，鍍層不易與發(fā)動機轉(zhuǎn)子基體脫離。
【專利說明】—種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬表面鍍層方法，特別是涉及一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖復(fù)合鍍層具有很好的發(fā)展前景，其綜合了脈沖電鍍技術(shù)和復(fù)合鍍層技術(shù)的優(yōu)勢。脈沖復(fù)合電鍍是通過使用金屬電沉積的方法，將固體顆粒均勻摻雜到電鍍液中，使金屬基體表面獲得具有特殊性能的復(fù)合鍍層，是一種具有潛力的表面保護、表面強化及表面處理等方面的技術(shù)。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對電鍍鍍層質(zhì)量提出了更高的要求。脈沖復(fù)合電鍍在航空、電子、汽車等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，對金屬基體表面進行防護或裝飾。不僅可以提高鍍層的質(zhì)量，節(jié)約能源，縮短電鍍的周期，而且能節(jié)約貴金屬，現(xiàn)成為材料科學(xué)領(lǐng)域中的熱點課題之一。固體材料加入脈沖電鍍技術(shù)中獲得結(jié)構(gòu)優(yōu)異的鍍層，與普通鍍層相比，性能大大提聞。
[0003]金屬材料在使用過程中，其表面極其容易被腐蝕和磨損。這兩方面現(xiàn)已成為全球科學(xué)界的主要研究方向。由于全世界每年因磨損或腐蝕等報廢的金屬產(chǎn)品量約為其年產(chǎn)量的30%~35%，如美國因磨損造成的經(jīng)濟損失每年達20000多億美元。脈沖復(fù)合電鍍可以有效保護、強化金屬表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，本發(fā)明發(fā)動機轉(zhuǎn)子通過進行脈沖電沉積后，提 高發(fā)動機轉(zhuǎn)子的高溫抗氧化性、硬度、耐蝕性、耐磨性等性能，并且鍍層結(jié)合力高。鍍層表面致密，孔隙率低，細(xì)致晶粒。Al-Ni復(fù)合鍍層各方面性能明顯優(yōu)于純鎳鍍層。脈沖復(fù)合電鍍操作方便，節(jié)約能源，而且進一步提高鍍層的質(zhì)量。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，所述方法包括如下步驟:
步驟一:對于脈沖電鍍的陰陽極材料進行預(yù)處理，選用發(fā)動機轉(zhuǎn)子作為的陰極材料，首先用不同型號的砂紙將發(fā)動機轉(zhuǎn)子打磨，清洗，用體積分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液酸洗2min，去除其氧化膜，采用10%的稀硫酸進行化學(xué)弱浸蝕，時間約0.5min，取出后用蒸餾水沖洗，干燥。陽極材料為純度為99.99%的純鎳,浸入10%硫酸溶液約60s,取出后水洗,丙酮洗,吹干;
步驟二:首先用NaOH溶液堿洗粒徑為13±2y m鋁粉去除其氧化膜，用蒸餾水清洗后干燥；用少量表面活性劑將其充分潤濕，以確保與Ni結(jié)合良好；在超聲波震蕩下4~6h，確?？梢栽阱円褐械玫椒稚⒍雀叩腁l顆粒；
步驟三:脈沖電鍍鍍液的組成具體為:硫酸鎳300.0g/L,氯化鎳50.0g/L,硼酸40.0g/L，配制十二烷基硫酸鈉作為濕潤劑0.lg/1 ;將上述的藥品加熱溶解，把呈綠色的鍍液倒入電鍍槽中用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器進行充分?jǐn)嚢?，使鍍液中各種成分混合均勻；在電鍍前，先將鍍液加熱到規(guī)定的溫度，加熱溫度設(shè)定為4(T50°C，攪拌速度為20(T500r/min ；步驟四:使用2.5L燒杯作電鍍槽，鍍液pH為4.5^5.5。陰極聯(lián)接已處理過的發(fā)動機轉(zhuǎn)子，陽極聯(lián)接鎳片，均放入到鍍液中，開始計時，將單脈沖電源打開，陰極電流密度為3A/dm2,頻率為30(T400Hz，占空比為50% ;再將步驟二中已處理好的Al顆粒倒入鍍液進行攪拌，Al固體顆粒在鍍液中的質(zhì)量濃度為7.0g/L^9.0g/L。計時4飛小時后將發(fā)動機轉(zhuǎn)子從鍍液中取出，得到Al-Ni復(fù)合鍍層；鍍層均勻致密，厚薄適中。
[0006]所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，所述步驟一中用體積分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液作為發(fā)動機轉(zhuǎn)子的酸洗液，然后用10%的稀硫酸進行化學(xué)弱浸蝕。
[0007]所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，所述步驟二中Al固體顆粒粒徑為13±2ii m，用NaOH溶液堿洗，然后在超聲波震蕩下 4~6h。
[0008]所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，所述步驟三中脈沖電鍍鍍液的組成具體為:硫酸鎳300.0g/L,氯化鎳50.0g/L,硼酸40.0g/L,配制十二烷基硫酸鈉作為濕潤劑0.lg/1 ;步驟三中脈沖電鍍鍍液的溫度為4(T50°C，磁力攪拌器的攪拌速度為20(T500r/min。
[0009]所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，所述步驟四中陰極聯(lián)接已處理過的發(fā)動機轉(zhuǎn)子，陽極聯(lián)接鎳片；步驟四中鍍液PH為4.5^5.5，陰極電流密度為3A/dm2，頻率為30(T400Hz，占空比為50%，施鍍時間為4~6小時。Al固體顆粒在鍍液中的質(zhì)量濃度為 7.0g/L~9.0g/L。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
雖然脈沖復(fù)合電鍍和普通脈沖電鍍在原理上相近，但鍍層的性能、組成等方面有明顯不同之處。普通鍍層是單晶體或合金組成的，而復(fù)合鍍層是金屬基復(fù)合材料，正是這種結(jié)構(gòu)使復(fù)合鍍層具有優(yōu)良的性能。復(fù)合鍍層可以同時具有金屬基體和固體顆粒的雙重性能。克服以往的直流電鍍方法制備鍍層的易脆、毛刺或針孔等缺點，我們制備的Al-Ni復(fù)合鍍層表面較為均勻致密，細(xì)化晶粒，結(jié)合力良好，鍍層不易與發(fā)動機轉(zhuǎn)子基體脫離。與普通直流電鍍制備的鍍層相比有很多優(yōu)點，如鍍層質(zhì)量高，厚度薄，生產(chǎn)效率高?？梢允瑰儗涌紫堵实?，且表面光亮致密，能增加鍍層的密度和硬度，提高其延展性、耐腐蝕性和耐磨性，改進了鍍層的物理性能。所以利用脈沖復(fù)合電鍍制備的鍍層，可以滿足工業(yè)需求。
[0011]脈沖復(fù)合電鍍加快了電沉積速率，減短了施鍍時間，提高生產(chǎn)效率。鍍層具有高硬度、耐磨性、自潤滑性、耐熱性、耐蝕性等優(yōu)良性能。在制備過程溫度低、節(jié)省成本、復(fù)合鍍層組成多樣化、節(jié)約能源等，這些都是脈沖復(fù)合電鍍的優(yōu)勢之處。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步詳述。
[0013]本方法以發(fā)動機轉(zhuǎn)子作為基體，先將發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面進行預(yù)處理，在鍍液中添加適量的Al微粒，再通過調(diào)控鍍液中Al的質(zhì)量濃度、鍍液溫度、平均電流密度、pH、占空比和施鍍時間等技術(shù)參數(shù)進行脈沖復(fù)合電鍍。在適宜的工藝條件下，鍍層結(jié)構(gòu)能夠得到進一步的細(xì)化，從而獲得表面平整、致密的鍍層。
[0014]首先用NaOH溶液堿洗粒徑為13±2y m鋁粉去除其氧化膜，用蒸餾水清洗后干燥。用少量表面活性劑將其充分潤濕，以確保與Ni結(jié)合良好。陰極為表面處理后的發(fā)動機轉(zhuǎn)子，陽極為薄鎳片，開始進行電鍍。在電鍍過程中，陰極上會生成氫氣。為減少氫氣的析出，需在鍍液中加入少量潤濕劑(十二烷基硫酸鈉)。氫氣減慢電沉積速率的同時，也使鍍層表面出現(xiàn)針孔，影響鍍層的質(zhì)量。隨著脈沖電鍍的進行，要不斷添加鍍液，以確保鍍層鍍得更均勻。經(jīng)過反復(fù)試驗，從而達到了較為理想的效果。
[0015]以發(fā)動機轉(zhuǎn)子為基體。發(fā)動機轉(zhuǎn)子在空氣中暴露易氧化，表面生成氧化物，而在氧化金屬表面上不能進行鎳的鍍覆，所以首先要打磨，再用鹽酸酸洗除去表面的氧化物。再控制Al固體顆粒在鍍液中的質(zhì)量濃度，運用脈沖電鍍法，通過控制工藝參數(shù)，成功制備出使基件發(fā)動機轉(zhuǎn)子在耐磨，耐腐蝕與耐高溫等性能上進一步提高的Al-Ni復(fù)合鍍層。為了提高Al-Ni復(fù)合鍍層的性能，在反應(yīng)過程中還利用了緩沖劑(硼酸)，潤濕劑(十二烷基硫酸鈉)等。脈沖電鍍的條件是陰極電流密度3A/dm2，施鍍時間4飛小時，鍍液溫度4(T50°C，攪拌速度為200~500r/min。
[0016]本發(fā)明對Al-Ni復(fù)合鍍層的制備，重點關(guān)注在脈沖復(fù)合電鍍過程。在脈沖復(fù)合電鍍過程中，Al固體顆粒作為脈沖電鍍Al-Ni復(fù)合鍍層的分散相。在電鍍液中，除主鹽外，需加入絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑、導(dǎo)電劑及其它試劑，以保證脈沖電鍍的順利進行。不同占空比、頻率、電流密度、鍍液PH值、鍍液溫度、鍍液中Al濃度和攪拌速度等對鍍層覆蓋率的影響也是不同的。
[0017]整體來看，在·適宜的工藝參數(shù)下，電鍍后的Al-Ni復(fù)合鍍層與發(fā)動機轉(zhuǎn)子基體的結(jié)合良好，沒有出現(xiàn)燒焦、針孔、毛刺、起皮及條紋等缺陷。Al-Ni復(fù)合鍍層與發(fā)動機轉(zhuǎn)子相t匕，其耐磨性、耐高溫性明顯提高。由此獲得優(yōu)質(zhì)的Al-Ni復(fù)合鍍層。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟一:對于脈沖電鍍的陰陽極材料進行預(yù)處理，選用發(fā)動機轉(zhuǎn)子作為的陰極材料，首先用不同型號的砂紙將發(fā)動機轉(zhuǎn)子打磨，清洗，用體積分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液酸洗2min，去除其氧化膜，采用10%的稀硫酸進行化學(xué)弱浸蝕，時間約0.5min，取出后用蒸餾水沖洗，干燥，陽極材料為純度為99.99%的純鎳,浸入10%硫酸溶液約60s,取出后水洗,丙酮洗,吹干; 步驟二:首先用NaOH溶液堿洗粒徑為13±2y m鋁粉去除其氧化膜，用蒸餾水清洗后干燥；用少量表面活性劑將其充分潤濕，以確保與Ni結(jié)合良好；在超聲波震蕩下4~6h，確?？梢栽阱円褐械玫椒稚⒍雀叩腁l顆粒； 步驟三:脈沖電鍍鍍液的組成具體為:硫酸鎳300.0g/L,氯化鎳50.0g/L,硼酸40.0g/L，配制十二烷基硫酸鈉作為濕潤劑0.1g/1 ;將上述的藥品加熱溶解，把呈綠色的鍍液倒入電鍍槽中用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器進行充分?jǐn)嚢瑁瑰円褐懈鞣N成分混合均勻；在電鍍前，先將鍍液加熱到規(guī)定的溫度，加熱溫度設(shè)定為40~50°C，攪拌速度為200~500r/min ； 步驟四:使用2.5L燒杯作電鍍槽，鍍液pH為4.5~5.5，陰極聯(lián)接已處理過的發(fā)動機轉(zhuǎn)子，陽極聯(lián)接鎳片，均放入到鍍液中，開始計時，將單脈沖電源打開，陰極電流密度為3A/dm2,頻率為300~400Hz，占空比為50% ;再將步驟二中已處理好的Al顆粒倒入鍍液進行攪拌，Al固體顆粒在鍍液中的質(zhì)量濃度為7.0g/L~9.0g/L,計時4飛小時后將發(fā)動機轉(zhuǎn)子從鍍液中取出，得到Al-Ni復(fù)合鍍層；鍍層均勻致密，厚薄適中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，其特征在于，所述步驟一中用體積分?jǐn)?shù)為10%的硫酸溶液作為發(fā)動機轉(zhuǎn)子的酸洗液，然后用10%的稀硫酸進行化學(xué)弱浸蝕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，其特征在于，所述步驟二中Al固體顆粒粒徑為13±2μm，用NaOH溶液堿洗，然后在超聲波震蕩下4 ~6h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，其特征在于，所述步驟三中脈沖電鍍鍍液的組成具體為:硫酸鎳300.0g/L,氯化鎳50.0g/L,硼酸40.0g/L,配制十二烷基硫酸鈉作為濕潤劑0.lg/1 ;步驟三中脈沖電鍍鍍液的溫度為4(T50°C，磁力攪拌器的攪拌速度為20(T500r/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機轉(zhuǎn)子表面復(fù)合Al-Ni鍍層的方法，其特征在于，所述步驟四中陰極聯(lián)接已處理過的發(fā)動機轉(zhuǎn)子，陽極聯(lián)接鎳片；步驟四中鍍液PH為4.5~5.5，陰極電流密度為3A/dm2，頻率為300~400Hz，占空比為50%，施鍍時間為4~6小時，Al固體顆粒在鍍液中的質(zhì)量濃度為7.0g/L~9.0g/L。
【文檔編號】C25D15/00GK103526246SQ201310441572
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】陳韓, 陳尚東 申請人:沈陽化工大學(xué)