镀铝液、热浸镀铝方法及制备的金属器件

摘要

本发明公开了一种镀铝液、热浸镀铝方法及其制备的金属器件，镀铝液包括质量分数92～98％的铝和质量分数2～8％的RE，所述RE为质量分数10～30％的La和质量分数70～90％的Ce的混合物，热浸镀铝方法采用上述镀铝液对工件进行热浸镀铝处理。本发明的镀铝液，其中添加了稀土元素，净化镀铝液并细化晶粒，提高了镀铝液与工件之间的湿润性和镀铝液的流动性，用于热浸镀铝工艺中，进而提高了被镀工件与镀层之间的粘附性，增强了工件的耐腐蚀性能。

权利要求

1.一种镀铝液，其特征在于，包括质量分数92~98%的铝和质量分数2~8%的RE，所述RE为质量分数10~30%的La和质量分数70~90%的Ce的混合物。

2.根据权利要求1所述的镀铝液，其特征在于，所述RE为质量分数30%的La和质量分数70%的Ce的混合物。

3.一种热浸镀铝方法，包括对工件进行除油、清洗、除锈、清洗、助镀、热浸镀铝、后处理步骤，其特征在于，所述热浸镀铝步骤为：将所述工件浸入镀铝液中，于650~750℃进行热浸镀铝处理2~8min，其中，所述镀铝液包括质量分数92~98%的铝和质量分数2~8%的RE，所述RE为质量分数10~30%的La和质量分数70~90%的Ce的混合物。

4.根据权利要求3所述的热浸镀铝方法，其特征在于，所述RE为质量分数30%的La和质量分数70%的Ce的混合物。

5.根据权利要求3所述的热浸镀铝方法，其特征在于，所述热浸镀铝步骤还包括所述镀铝液的熔炼步骤，所述镀铝液的熔炼步骤包括：将质量分数30%的La和质量分数70%的Ce混合，在850~950℃下熔炼成RE合金；

将质量分数2~8%的所述RE合金和质量分数92~98%的铝混合，在650~750℃下熔炼成所述镀铝液。

6.根据权利要求3所述的热浸镀铝方法，其特征在于，所述热浸镀铝步骤中，所述镀铝液表面还覆盖有表面覆盖剂，所述表面覆盖剂包括质量分数分别为40~60%的KCl、30~50%的NaCl和10~20%的NaF。

7.根据权利要求3所述的热浸镀铝方法，其特征在于，所述助镀步骤为：将所述工件置于助镀剂中于80~95℃助镀1~5min；所述助镀剂为质量浓度大于等于5%的氟锆酸钾溶液。

8.根据权利要求3所述的热浸镀铝方法，其特征在于，所述后处理步骤为：将所述工件置于盛有钝化处理液的容器中，超声振荡5~20min；所述钝化处理液为硝酸、磷酸、蒸馏水按照1:1:10~20的体积比混合的混合溶液。

9.根据权利要求3~8任一项所述的热浸镀铝方法浸镀得到的金属器件。

说明书

镀铝液、热浸镀铝方法及制备的金属器件

技术领域

[0001] 本发明涉及金属表面的化学热处理技术领域，尤其涉及一种镀铝液、使用所述镀铝液的热浸镀铝方法，及该方法制备的金属器件。

背景技术

[0002] 金属材料的器件在海洋等恶劣环境中使用时，由于同时受到日照、海浪冲蚀、盐雾等多种腐蚀作用的影响，器件的腐蚀问题相当严重，造成了严重的经济损失。长期以来，人们一直在寻求各种方法以降低腐蚀所致的危害，一般采用在器件表面喷漆、施加防护涂层等方式进行保护。

[0003] 例如，目前常用的热浸镀铝方法，其在金属器件表面施加一层铝或铝合金镀层以延缓金属器件的腐蚀，一般包括对工件进行除油、清洗、除锈、清洗、热浸镀铝、后处理等步骤。但是，在热浸镀铝步骤中采用现有的镀铝液对器件处理后，在大多数情况下，器件表面形成的涂层附着力差，较易从器件表面脱落，从而引起器件的腐蚀，人们不得不对器件进行大量的维护和修补工作。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中镀铝液热浸镀后在器件表面形成的涂层附着力差的缺陷，提供一种用于热浸镀铝工艺的镀铝液，经该镀铝液处理过的金属器件表面形成的镀层附着力强，不易脱落，具有较好的抗腐蚀性能。

[0005] 本发明要解决的另一个技术问题在于，还提供一种热浸镀铝方法，该方法采用上述镀铝液对金属器件进行表面处理。

[0006] 本发明要解决的另一个技术问题在于，还提供一种由上述热浸镀铝方法处理过的金属器件，其具有较强的耐腐蚀性能。

[0007] 为达成上述目的，依据本发明，提供一种镀铝液，用于热浸镀铝方法，包括质量分数92～98％的铝和质量分数2～8％的RE，所述RE为质量分数10～30％的La和质量分数70～90％的Ce的混合物，其中，优选地，所述RE为质量分数30％的La和质量分数70％的Ce的混合物。

[0008] 为达成上述目的，依据本发明，提供一种热浸铝方法，包括对工件进行除油、清洗、除锈、清洗、助镀、热浸镀铝、后处理步骤，所述热浸镀铝步骤为：将所述工件浸入上述镀铝液中，于650～750℃进行热浸镀铝处理2～8min。

[0009] 本发明所述的热浸镀铝方法，所述热浸镀铝步骤还包括所述镀铝的熔炼步骤，所述镀铝液的熔炼步骤包括：

[0010] 将质量分数30％的La和质量分数70％的Ce混合，在850～950℃下熔炼成RE合金；

[0011] 将质量分数2～8％的所述RE合金和质量分数92～98％的铝混合，在650～750℃下熔炼成所述镀铝液。

[0012] 本发明所述的热浸镀铝方法，所述热浸镀铝步骤中，所述镀铝液表面还覆盖有表面覆盖剂，所述表面覆盖剂包括质量分数分别为40～60％的KCl、30～50％的NaCl和10～20％的NaF。

[0013] 本发明所述的热浸镀铝方法，所述助镀步骤为：将所述工件置于助镀剂中于80～95℃助镀1～5min；所述助镀剂为质量浓度大于等于5％的氟锆酸钾溶液。

[0014] 本发明所述的热浸镀铝方法，所述后处理步骤为：将所述工件置于盛有钝化处理液的容器中，超声振荡5～20min；所述钝化处理液为硝酸、磷酸、蒸馏水按照1∶1∶10～20的体积比混合的混合溶液。

[0015] 为达成上述目的，依据本发明，还提供一种上述的热浸镀铝方法浸镀得到的金属器件。

[0016] 本发明的镀铝液，以铝作为主要成分，并添加了稀土元素，净化了镀铝液，细化了晶粒，提高了镀铝液与被镀工件之间的湿润性和镀铝液的流动性，进而提高了工件与工件表面形成的镀层之间的粘附性，增强了工件的耐腐蚀性能。

[0017] 本发明的镀铝液，由于添加了稀土元素，还有效地减轻了镀铝液中铝的氧化。

[0018] 本发明的热浸镀铝方法，采用上述的镀铝液对工件进行表面镀铝处理，具有工艺简单、设备要求低、易于操作等特点，适合用于金属工件表面施加铝涂层的工业化生产。

[0019] 本发明的金属器件，采用上述的热浸镀铝方法进行处理以形成一层铝镀层，其表面平整、连续，具有较好的耐腐蚀性能，延长了工件在海洋环境等强腐蚀环境中的使用寿命。

附图说明

[0020] 图1是本发明的热浸镀铝方法的流程图。

具体实施方式

[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

[0022] 图1是本发明的热浸镀铝方法的流程图，如图1所示，本发明的热浸镀铝方法包括除油、清洗、除锈、清洗、助镀、热浸镀铝和后处理步骤，具体过程如下所示：

[0023] 一、前处理

[0024] (1)除油(脱脂)

[0025] 除油液配方如下所示：

[0026] 氢氧化钠(NaOH) 20～50g/L

[0027] 碳酸钠(Na2CO3) 30～50g/L

[0028] 磷酸钠(Na3PO4) 20～40g/L

[0029] 硅酸钠(Na2SiO3) 3～6g/L

[0030] 水 余量

[0031] 根据金属工件表面的油污情况，使用上述配方的除油液在温度60～90℃条件下对工件进行除油处理5～15min。

[0032] (2)清洗

[0033] 除油处理之后，用常温水或60～90℃的高温水清洗工件，以除去工件表面的除油液。

[0034] (3)除锈

[0035] 除锈液配方(质量分数)如下所示：

[0036] 盐酸 3～15％

[0037] 乌洛托品 0.2～1.0％

[0038] 水 余量

[0039] 其中，乌洛托品作为缓蚀剂，防止盐酸对被处理的金属过度腐蚀，使工件表面变黑。

[0040] 将上一步清洗干净的工件放入上述配方的除锈液中进行除锈处理，处理时间为5～15min。

[0041] (4)清洗

[0042] 除锈处理结束后，立即清洗工件以清除其表面的酸液。

[0043] (5)助镀

[0044] 助镀剂使用质量浓度大于等于5％的K2ZrF6溶液，助镀处理温度为80～95℃，时间为1～5min。

[0045] 助镀是热浸法(熔剂法)镀铝工艺中一道至关重要的工序，助镀剂的选择是否适当直接关系到防护涂层质量的好坏，一般应具备以下特点：助镀剂能在工件基体表面形成完整且无孔隙的保护膜，既在热浸镀铝时能够立即从基体表面脱除，并吸附溶解氧化物，又不会对镀铝液造成污染。

[0046] 二、热浸镀铝

[0047] 本发明的镀铝液包括质量分数92～98％的铝和质量分数2～8％的RE，所述RE为质量分数10～30％的La和质量分数70～90％的Ce的混合物。镀铝液的制备选用工业纯铝，并添加稀土混合物熔炼而成，镀铝液的熔炼步骤包括：

[0048] 将质量分数30％的La和质量分数70％的Ce混合，在850～950℃下熔炼成RE合金；

[0049] 将质量分数2～8％的上述RE合金和质量分数92～98％的铝混合，在650～750℃下熔炼成所述镀铝液。

[0050] 另外，为了防止在热浸镀铝过程中镀铝液中的铝氧化，一般还在镀铝液表面添加有表面覆盖剂，表面覆盖剂的加入量以完全覆盖镀铝液表面为宜。本发明热浸镀铝方法使用的表面覆盖剂的配方(质量分数)如下所示：

[0051] KCl 40～60％

[0052] NaCl 30～50％

[0053] NaF 10～20％

[0054] 将工件浸入上述镀铝液中进行热浸镀铝处理，热浸镀铝的温度为650～750℃，时间为2～8min。

[0055] 热浸镀铝的温度若过低，则会影响铝原子与工件元素的相互扩散，形成的镀层脆性大，直接影响了镀件的使用性能，而且还会导致镀铝液的流动性变差，从而被镀工件挂铝较多，表面不光滑，外观质量不佳；热浸镀铝的温度若过高，虽然镀铝液的流动性有所改善，但是镀铝液挥发较多。

[0056] 三、后处理

[0057] 后处理，即钝化处理的目的是在被镀工件的表面形成致密的保护膜，以减缓镀件的腐蚀。

[0058] 钝化处理液配方(体积比)如下所示：

[0059] 硝酸 1

[0060] 磷酸 1

[0061] 蒸馏水 10～20

[0062] 待热浸镀铝处理后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，然后在超声波振荡机中振荡5～20min，使镀件表面形成连续、致密的钝化膜，最后以清水清洗。

[0063] 本发明的热浸镀铝方法采用的镀铝液，通过添加稀土元素La、Ce到镀铝液中，提高了铝液的流动性，净化铝液并细化晶粒，降低了镀铝液的氧化程度，从而增强了防护涂层与工件之间的粘附性，提高了工件的耐腐蚀性能。

[0064] 实施例11Cr13钢热浸镀铝

[0065] 除油液：30g/L氢氧化钠、45g/L碳酸钠、30g/L磷酸钠、4g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：15％盐酸、0.5％乌洛托品，余量为水；助镀剂：5％的K2ZrF6溶液；镀铝液98％Al-2％RE(30％La，70％Ce)：将质量分数分别为30％、70％的La、Ce混合，在900℃下熔炼成RE合金，然后将质量分数分别为2％、98％的上述RE合金、铝混合，在650℃下熔炼成镀铝液；表面覆盖剂：50％KCl、40％NaCl，及10％NaF；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为
1∶1∶20。

[0066] 工件选用1Cr13钢板，利用除油液在80℃下对工件除油，目测检查清除干净后用常温水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈5min，再次清洗干净，然后在90℃利用助镀剂助镀5min。

[0067] 助镀结束后，将工件置于镀铝液中在700℃浸镀4min。

[0068] 待浸镀后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，在超声波振荡机中振荡10min，然后用清水将工件表面清洗干净。

[0069] 热浸镀铝后的1Cr13钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

[0070] 实施例21Cr13钢热浸镀铝后的耐腐蚀性能测试

[0071] 以实施例1中得到的热浸镀铝后的1Cr13钢板进行900℃循环氧化实验。

[0072] 实验根据冶标YB48264进行，热浸镀铝后的1Cr13钢板，其氧化速度V＝0.0027g/2
mh，镀层在900℃时的氧化膜为致密的α-Al2O3，氧化深度指标R＜＜0.1mm/a，在900℃具备完全抗氧化腐蚀性能。与未浸镀的1Cr13钢板相比，热浸镀铝后的1Cr13钢板具有较好的抗高温氧化腐蚀性能。

[0073] 实施例3A3钢热浸镀铝

[0074] 除油液：35g/L氢氧化钠、40g/L碳酸钠、40g/L磷酸钠、4g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：15％盐酸、1％乌洛托品，余量为水；助镀剂：5％的K2ZrF6溶液；镀铝液98％Al-2％RE(20％La，80％Ce)：将质量分数分别为20％、80％的La、Ce混合，在850℃下熔炼成RE合金，然后将质量分数分别为2％、98％的上述RE合金、铝混合，在700℃下熔炼成镀铝液；表面覆盖剂：40％KCl、45％NaCl，及15％NaF；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为
1∶1∶20。

[0075] 工件选用A3钢板，利用除油液在90℃下对工件除油，目测检查清除干净后用85℃水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈10min，再次清洗干净，然后在80℃利用助镀剂助镀5min。

[0076] 助镀结束后，将工件置于镀铝液中在750℃浸镀2min。

[0077] 待浸镀后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，在超声波振荡机中振荡10min，然后用清水将工件表面清洗干净。

[0078] 热浸镀铝后的A3钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

[0079] 实施例4A3钢热浸镀铝

[0080] 除油液：35g/L氢氧化钠、40g/L碳酸钠、40g/L磷酸钠、4g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：15％盐酸、1％乌洛托品，余量为水；助镀剂：5％的K2ZrF6溶液；镀铝液96％Al-4％RE(20％La，80％Ce)：将质量分数分别为20％、80％的La、Ce混合，在950℃下熔炼成RE合金，然后将质量分数分别为4％、96％的上述RE合金、铝混合，在750℃下熔炼成镀铝液；表面覆盖剂：50％KCl、40％NaCl，及10％NaF；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为
1∶1∶20。

[0081] 工件选用A3钢板，利用除油液在60℃下对工件除油，目测检查清除干净后用60℃水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈10min，再次清洗干净，然后在85℃利用助镀剂助镀3min。

[0082] 助镀结束后，将工件置于镀铝液中在700℃浸镀4min。

[0083] 待浸镀后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，在超声波振荡机中振荡10min，然后用清水将工件表面清洗干净。

[0084] 热浸镀铝后的A3钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

[0085] 实施例51Cr13钢热浸镀铝

[0086] 除油液：30g/L氢氧化钠、45g/L碳酸钠、30g/L磷酸钠、4g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：15％盐酸、0.5％乌洛托品，余量为水；助镀剂：5％的K2ZrF6溶液；镀铝液92％Al-8％RE(10％La，90％Ce)：将质量分数分别为10％、90％的La、Ce混合，在900℃下熔炼成RE合金，然后将质量分数分别为8％、92％的上述RE合金、铝混合，在650℃下熔炼成镀铝液；表面覆盖剂：60％KCl、30％NaCl，及10％NaF；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为
1∶1∶10。

[0087] 工件选用1Cr13钢板，利用除油液在80℃下对工件除油，目测检查清除干净后用常温水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈5min，再次清洗干净，然后在80℃利用助镀剂助镀5min。

[0088] 助镀结束后，将工件置于镀铝液中在650℃浸镀8min。

[0089] 待浸镀后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，在超声波振荡机中振荡15min，然后用清水将工件表面清洗干净。

[0090] 热浸镀铝后的1Cr13钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

[0091] 实施例6A3钢热浸镀铝

[0092] 除油液：35g/L氢氧化钠、40g/L碳酸钠、40g/L磷酸钠、4g/L硅酸钠，余量为水；除锈液：15％盐酸、1％乌洛托品，余量为水；助镀剂：5％的K2ZrF6溶液；镀铝液94％Al-6％RE(30％La，70％Ce)：将质量分数分别为30％、70％的La、Ce混合，在950℃下熔炼成RE合金，然后将质量分数分别为6％、94％的上述RE合金、铝混合，在700℃下熔炼成镀铝液；表面覆盖剂：40％KCl、40％NaCl，及20％NaF；钝化处理液：硝酸、磷酸、蒸馏水的体积比为
1∶1∶15。

[0093] 工件选用A3钢板，利用除油液在90℃下对工件除油，目测检查清除干净后用85℃水清洗工件表面的除油液，接着用除锈液除锈10min，再次清洗干净，然后在90℃利用助镀剂助镀1min。

[0094] 助镀结束后，将工件置于镀铝液中在720℃浸镀4min。

[0095] 待浸镀后的工件冷却后，将其置于盛有钝化处理液的容器内，在超声波振荡机中振荡10min，然后用清水将工件表面清洗干净。

[0096] 热浸镀铝后的A3钢板，镀层表面平整且连续，与基体结合度好。

[0097] 实施例7灯具热浸镀铝

[0098] 一种灯具，其外壳由金属制成，采用实施例1中的处理液和工艺参数对灯具的外壳进行热浸镀铝处理。

[0099] 热浸镀铝后的灯具，其外壳上形成的镀层表面平整且连续，与外壳的结合度良好。

[0100] 以上所述仅为本发明的具有代表性的实施例，不以任何方式限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。