CN108677181B - 一种机械沉积镉用添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械沉积镉用添加剂，属于金属表面防护技术领域。本发明所述添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇1%~3%，乳化剂OP‑10 1.5%~4%，柠檬酸6%~10%，木质素磺酸钠3%~5%，苹果糖酸钠0.5%~2%，硫酸镉3~10%，氯化亚锡10~18%、余量为水。施镀时，本发明添加剂的组分能够保证基体和镉粉表面处于清洁状态，控制镉粉具有合适的团聚尺寸，对金属离子产生较强的吸附、螯合作用，能够实现较短时间内（3～5min）获得10μm厚度的镀层沉积。

Description

一种机械沉积镉用添加剂

技术领域

本发明涉及一种机械沉积镉用添加剂，属于金属表面处理技术领域，用于钢铁制件表面镉镀层的机械沉积，确切地讲，它属于钢铁基体上金属涂镀技术领域。

背景技术

镀镉存在潜在的环境污染，且镀层易出现氢脆、镉脆，但由于其具有以上优异的耐海洋环境腐蚀性能，所以镀镉目前仍然是海工装备用钢基零部件的主要防护措施，尤其是应用于船舰装备的紧固件、连接件等的表面防护，镀镉仍然是主要的首选；当前的镀镉基本采用电镀镉工艺，300M、30CrMnSiNi2A、A-100等高强度钢螺栓及连接件的电镀镉易出现氢脆、镉脆，严重影响着基体材料的疲劳寿命。

与传统的电镀和热镀相比，机械沉积镀具有室温下操作、镀后无氢脆、镀层厚度容易控制、无镉离子扩散、无回火软化等诸多优点；又因为，机械沉积镀过程没有电解效应，也没有高温冶金反应；所以，机械沉积镀过程没有电解析氢，更没有高温熔融金属的侵蚀。所以，从氢脆和镉脆产生的原因考虑，机械沉积法制备镉镀层有着明显的优势。但金属镉不同于金属锌，锌对钢铁基材属于牺牲阳极保护，而镉的电极电位比铁正，故镉对钢铁基材属于阴极保护镀层。因为锌、镉电极电位不同，以及锌、镉与铁电极电位排序位置的不同，导致传统的机械沉积锌原理及机械沉积锌的活化剂并不能照搬到镉的机械沉积过程。试验表明，采用机械沉积锌工艺镀敷镉时，镉粉的沉积速度慢，镉粉添加10分钟后镀层增厚不到10μm，沉积过程不稳定，镉粉的有效利用率低于50%，难以获得预期厚度的镀层。国内外的文献检索表明，有关机械沉积镉工艺流程、添加剂、工艺原理等方面的相关研究甚少。鉴于此，针对传统电镀镉存在的诸多问题，开展镉镀层的快速机械沉积研究具有重要的实践意义，这也是金属表面处理技术领域科技工作者们亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术的不足，提出一种机械沉积镉用添加剂，实现钢铁制件表面镉的快速机械沉积，所述添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇1%~3%，乳化剂OP-10 1.5%~4%，柠檬酸6%~10%，木质素磺酸钠3%~5%，苹果糖酸钠0.5%~2%，硫酸镉3~10%，氯化亚锡10~18%、余量为水，所有组份的质量百分比之和为100%。

本发明所述机械沉积镉用添加剂的组分组成均为工业级化工原料。

本发明所述机械沉积镉用添加剂的配制方法：首先向容器中加入水和柠檬酸，然后加入丁炔二醇，乳化剂OP-10，木质素磺酸钠，苹果糖酸钠，硫酸镉，氯化亚锡，搅拌均匀后得到添加剂水溶液。

本发明所述机械沉积镉用添加剂使用时镀层厚度每增厚10μm时活化剂的添加量Q为：

Q：添加量，单位ml；

S：镀件的表面积，单位m²；

40～45：系数，据镀件表面的平整度从40至45选取。

本发明所述机械沉积镉用添加剂使用时的工艺步骤如下：

（1）预处理：采用电镀、热浸镀、机械镀工艺常用的脱脂除油方法如热碱法、超声波法、氧化法等去除工件表面的油脂，采用电镀、热浸镀、机械镀工艺常用的除锈方法如化学酸洗法、喷砂喷丸等去除工件表面的锈垢，经预处理的钢铁制件表面露出清洁的金属表层。

（2）建立Cd-Sn基层：采用类似于机械镀锌方法使用通用的机械镀设备，通过向机械镀设备滚筒中添加镉粉和硫酸亚锡在钢铁制件表面建立Cd-Sn基层。

（3）镀镉：向滚桶内添加镉粉，然后根据镀件的表面积量取并加入添加剂水溶液，待滚筒转动3～5分钟（此过程可根据要求的镉层厚度多次循环添加镉粉、添加剂水溶液，循环加料的时间间隔为3～5分钟）。

（4）后处理：达到欲镀层厚度时，卸料、分离，镀件在不高于120℃温度下烘干，钢铁制件表面即可获得一层光亮的银白色的镉镀层。

本发明的有益效果：

（1）实现了镉粉的快速沉积，镀层增厚快。

本发明所述机械沉积镉用添加剂加入镀筒内时，添加剂中的组分对基体表面发生作用，可以保证镉粉颗粒表面一直处于清洁状态，同时加入添加剂的镀液环境促使镉粉颗粒表面的电位负移，加快了镉粉的吸附沉积，可以在较短的时间内（3～5min）获得10μm厚度的镀层沉积，显著快于机械沉积锌活化剂镀敷镉的增厚速度（10min镀层增厚不到10μm）。

（2）实现了镉粉的稳定沉积，镀层增厚均匀。

本发明的快速机械沉积镉用添加剂加入镀筒后，添加剂溶于镀液中，能够控制镉粉具有合适的团聚尺寸，实现镉粉或镉粉团在基体表面连续地均匀吸附、沉积，达到了每一个加料周期内镀层增厚均匀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例所用原料均为工业级化工原料，水为干净的自来水。

本发明实施例1~4中所述机械沉积镉用添加剂的配制方法为：原料按质量百分比分别称量，首先向容器中加入水和柠檬酸，然后加入丁炔二醇、乳化剂OP-10、木质素磺酸钠、苹果糖酸钠，最后加入硫酸镉、氯化亚锡，搅拌均匀，得到所述添加剂的水溶液。

实施例1

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇1%、乳化剂OP-10 4%、柠檬酸10%、木质素磺酸钠3%、苹果糖酸钠0.5%、硫酸镉 3%、氯化亚锡18% 、水60.5%。

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为Φ24mm、厚度3.0 mm的标准平垫片200 kg，欲镀表面积约17㎡，要求镀层厚度为10μm。施镀时将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加1360g镉粉，然后向镀筒内添加配制的添加剂水溶液680ml，镀筒继续转动5分钟；之后卸料、分离，垫片表面获得光亮的银白色镉镀层。120℃+30min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色，横断面金相法观察镉镀层厚度约11μm，且镀层厚度均匀。

本实施例的比较例：待镀工件为Φ24mm、厚度3.0 mm的标准平垫片200 kg，欲镀表面积约17㎡，要求镀层厚度为10μm。施镀时将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，然后向镀筒内添加机械镀锌保持性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第194页”） 800ml，之后向镀筒中添加1360g镉粉，然后向镀筒内添加机械镀锌沉积性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第195页”）1224ml，镀筒继续转动5分钟，取样观察垫片表面发现，垫片表面为灰色、松散状的镉层；镀筒继续旋转5分钟，之后卸料、分离，垫片表面获得银白色镉镀层。120℃+30min烘干后镀层仍呈现银白色，横断面金相法观察镉镀层厚度约6μm，镀层厚度不均匀。

对比可见，采用本发明快速机械沉积镉用添加剂后，镉粉沉积速度快，镀层增厚快，镉粉的有效利用率高。

实施例2

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇3%、乳化剂OP-10 2%、柠檬酸6%、木质素磺酸钠5%、苹果糖酸钠2%、硫酸镉10%、氯化亚锡12% ，水10%。

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为M16的8.8级标准螺栓200 kg，欲镀表面积8.6㎡，要求镀层厚度为20μm。施镀时将经过预处理的螺栓建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加688g镉粉，然后向镀筒内添加配制的添加剂水溶液800ml，镀筒继续转动4分钟；再次向镀筒中添加688g镉粉，活化剂水溶液800ml，镀筒继续转动6分钟，之后卸料、分离，螺栓表面获得光亮的银白色镉镀层。110℃+30min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色。磁性测量法检测螺栓头部平面五点位置的镀层厚度分别为23μm、21μm、26μm、19μm、24μm；镀后拉伸试验测试螺栓的力学性能均合格。

本实施例的比较例：待镀工件为M16的8.8级标准螺栓200 kg，欲镀表面积8.6㎡，要求镀层厚度为20μm。施镀时将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，然后向镀筒内添加机械镀锌保持性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第194页”）688ml，之后向镀筒中添加688g镉粉，然后向镀筒内添加机械镀锌沉积性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第195页”）620ml，镀筒继续转动5分钟，取样观察垫片表面发现，垫片表面为灰色、松散状的镉层，镀筒继续旋转5分钟；再次向镀筒中添加688g镉粉，机械镀锌B添加剂620ml，镀筒继续转动10分钟，之后卸料、分离，螺栓表面获得半光亮的镉镀层，分离后废水中镉粉残留明显。110℃+30min烘干后镀层仍呈现半光亮色泽。磁性测量法检测螺栓头部平面五点位置的镀层厚度分别为13μm、9μm、19μm、15μm、13μm；镀层厚度不均匀。

对比可见，采用本发明快速机械沉积镉用添加剂后，镉粉沉积速度快，镀层增厚快，镉粉的有效利用率高。

实施例3

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇2%、乳化剂OP-10 1.5%、柠檬酸8%、木质素磺酸钠4%、苹果糖酸钠1%、硫酸镉 5%、氯化亚锡10% ，水68.5%。

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为Φ20mm、厚度3.0 mm的标准平垫片200 kg，欲镀表面积约21㎡，要求镀层厚度为10μm。施镀时将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加840g镉粉，然后向镀筒内添加配制的添加剂水溶液470ml，镀筒继续转动4分钟；再次向镀筒中添加840g镉粉，添加剂水溶液470ml，镀筒继续转动6分钟；之后卸料、分离，垫片表面获得光亮的银白色镉镀层。110℃+50min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色。磁性测量法检测垫片表面的镀层厚度约21μm。

本实施例的比较例：待镀工件为Φ20mm、厚度3.0 mm的标准平垫片200 kg，欲镀表面积约21㎡，要求镀层厚度为10μm。施镀时将经过预处理的垫片建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加840g镉粉，然后向镀筒内添加机械镀锌保持性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第194页”）800ml，之后向镀筒中添加840g镉粉，然后向镀筒内添加机械镀锌沉积性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第195页”）756ml，镀筒继续转动5分钟，之后卸料、分离，垫片表面获得灰色的镉镀层，分离后废水中镉粉残留较多。110℃+50min烘干后镀层仍呈现灰色。磁性测量法检测垫片表面的镀层厚度约为4μm。

对比可见，采用本发明快速机械沉积镉用添加剂后，镉粉沉积速度快，镀层增厚快，镉粉的有效利用率高。

实施例4

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇2.5%、乳化剂OP-10 3%、柠檬酸8%、木质素磺酸钠4.5%、苹果糖酸钠1.5%、硫酸镉10%、氯化亚锡16%，水54.5%。

本实施例所述快速机械沉积镉用添加剂用于钢铁制件表面机械沉积镉镀层，待镀工件为80mm（长）×80mm（宽）×8mm（厚）中心开孔Φ20mm的平板件200kg，材质为Q345，基体表面经喷砂处理，欲镀表面积8.5㎡，要求镀层厚度为20μm。施镀时将经过预处理的工件建立镉-锡基层，之后向镀筒中添加680g镉粉，然后向镀筒内添加配制的添加剂水溶液385ml，镀筒继续转动5分钟；再次向镀筒中添加680g镉粉，添加剂水溶液385ml，镀筒继续转动6分钟；之后卸料、分离，工件表面获得光亮的银白色镉镀层。120℃+45min烘干后镀层仍呈现光亮的银白色；磁性测量法工件表面取5点检测的镀层厚度分别为22μm、25μm、23μm、20μm、24μm。

本实施例的比较例：待镀工件为80mm（长）×80mm（宽）×8mm（厚）中心开孔Φ20mm的平板件200kg，材质为Q345，基体表面经喷砂处理，欲镀表面积8.5㎡，要求镀层厚度为20μm。施镀时将经过预处理的工件建立镉-锡基层，然后向镀筒内添加机械镀锌保持性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第194页”）680ml，之后向镀筒中添加680g镉粉，然后向镀筒内添加机械镀锌沉积性活化剂（可市购，添加量及使用方法参考文献“机械镀锌技术基础，机械工业出版社，2013年10，第195页”）612ml，镀筒继续转动5分钟，取样观察垫片表面发现，垫片表面为灰色、松散状的镉层，镀筒继续旋转5分钟；再次向镀筒中添加680g镉粉，机械镀锌B添加剂612ml，镀筒继续转动6分钟，之后卸料、分离，工件表面获得灰色的镉镀层，分离后废水中镉粉残留很多。120℃+45min烘干后镀层仍呈现灰色。磁性测量法检测工件表面的镀层厚度约为11μm，镀层厚度不均匀。

对比可见，采用本发明快速机械沉积镉用添加剂后，镉粉沉积速度快，镀层增厚快，镉粉的有效利用率高。

Claims (1)

1.一种机械沉积镉用添加剂，其特征在于：所述添加剂的组分及质量百分比为：丁炔二醇1%~3%，乳化剂OP-10 1.5%~4%，柠檬酸6%~10%，木质素磺酸钠3%~5%，苹果酸钠0.5%~2%，硫酸镉3~10%，氯化亚锡10~18%、余量为水。