带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法

摘要

本发明属于工件镀膜的前处理工艺，具体为一种带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，包括以下步骤：将待处理工件装夹在阳极挂具上并置入电解槽中，将阴极置入电解槽，倒入配制好的电解液，开启电解电源进行电解，电流密度为10A/分米2‑30A/分米2，电解60‑180s后取出，用水冲洗后晾干。本发明可一次性完成原来的多道工序，无需喷砂、钝化处理等步骤，即可实现去毛刺、除杂质和抛光，操作简单，控制方便，且效率较高，处理后的工件耐腐蚀性能较好，可得到非常洁净的表面，对后续的离子镀膜非常有利，本电解过程对温度条件要求较低，在20‑90℃范围内均可，几乎不用控制温度，便于操作。

权利要求

1.带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将待处理工件装夹在电解抛光装置的阳极挂具上；

(2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

(3)将阴极置入电解槽；

(4)将配制好的电解液注入电解槽内；

其中电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸2‑3份、硫酸1份、添加剂0‑0.0035份；

磷酸的质量百分比浓度为80‑90％，硫酸的质量百分比浓度为95‑98.5％；

2 2

(5)开启电解电源进行电解，电解槽中的电流密度为10A/分米‑24A/分米 ，调节电解槽的电压使电解槽内进行恒定电流电解，电解槽中的电压为6‑24v；

(6)电解时间为60‑180s，电解后将工件从电解槽中取出，用水冲洗后晾干，前处理即完成。

2.根据权利要求1所述的带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述阴极采用不锈钢或者钛制成。

3.根据权利要求1所述的带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，其特征在于，阴极的极板面积为待处理工件面积的1‑3倍。

4.根据权利要求1所述的带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，其特征在于，所述添加剂包括光亮剂、络合剂、表面活性剂中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，其特征在于，步骤(6)中，电解后的工件先后用自来水、纯净水进行清洗。

说明书

带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种工件镀膜的前处理工艺，特别的，涉及一种带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法。

背景技术

[0002] 目前不锈钢工件在进行镀铝处理前，大多直接通过各种化学试剂对不锈钢工件进行除油、除锈和除杂质处理，以利于后续的表面处理，然而，这样的前处理工艺处理效果差，
且不能保证后续表面处理结果的合格率，同时操作方法繁琐，对环境影响较大，无法实现通
过减少化学试剂的使用，以降低对环境造成污染的目的，不能实现表面加工的节能环保。例
如，一种带螺纹不锈钢工件多弧离子镀镀铝前处理工艺及应用，申请号为201410755087.3
的发明专利申请(现有技术1)，制备方法包括如下步骤：

[0003] (1)带螺纹不锈钢工件喷砂前进行干燥洁净处理；

[0004] (2)将干燥洁净处理后的工件进行手动喷砂处理；

[0005] (3)工件喷砂处理后，进行超声波热水洗，然后使用压缩空气吹干工件表面；

[0006] (4)将(3)吹干后工件用钛丝上挂，放入化学抛光槽进行化学抛光；

[0007] (5)将工件放入38‑42℃的热水中清洗2‑5min后吹干。

[0008] 该专利申请可以提高螺钉镀铝后的表面亮度，还能明显减少黑点缺陷，使成品率显著提高，满足镀铝螺钉在使用过程中的润滑性和导电性的要求。但该申请的工序较多，且
喷砂会把螺丝表面变粗糙，之后需再进行化学抛光；而化学抛光的温度要求较高，在如此温
度下对操作具者有一定的危险；另外由于化学抛光液的使用寿命较短，增加了废液的排放。

[0009] 不锈钢工件在进行镀铝处理前也有采用电解抛光方式，例如，带螺纹不锈钢零件多弧离子镀镀铝前处理工艺及其应用，申请号为201410755334.X的发明专利申请(现有技
术2)，制备方法包括如下步骤：

[0010] (1)带螺纹不锈钢零件喷砂前进行干燥洁净处理；

[0011] (2)将(1)处理后的零件进行手动喷砂处理；

[0012] (3)零件喷砂处理后，进行超声波热水洗，然后使用压缩空气吹干零件表面；

[0013] (4)将(3)吹干后零件用钛丝上挂，放入电抛槽后，立刻通电，进行电解抛光，恒定2
电压，电解抛光30‑120s，电流密度控制在5‑7A/dm；

[0014] (5)将零件放入38‑42℃的热水中清洗2‑5min后吹干；

[0015] 其中步骤(4)的电解抛光工艺后还增加钝化处理工艺，是将不锈钢螺钉放入体积分数为50％的HNO3钝化槽中钝化处理30min。

[0016] 该专利申请本发明解决带螺纹不锈钢零件镀纯铝后螺钉表面存在大量黑点缺陷，且表面亮度不够，导致成品率较低，无法满足镀铝螺钉在使用过程中的润滑性和导电性要
求的问题。但该申请需先使用白刚玉(Al2O3)进行手动喷砂处理，然后进行电解抛光，喷砂是
为了去毛刺等缺陷，电解抛光是为了提高光洁度，需要两个工艺处理，而且喷砂会把螺丝表
面变粗糙。另其在电解抛光后还需要进行酸洗钝化实现防腐功能，工艺较多。

[0017] 采用机械抛光方式(喷砂等)进行前处理，处理后的工件表面易变形而生成BILBY层，耐蚀性较差，且不能彻底清除工件表面上、藏在表面变形层下的污垢，适用范围受限，不
能针对线材、薄板、带螺纹工件等进行处理。

[0018] 电解抛光技术是近现代兴起的一门学科，在电解抛光工艺中，其所设定参数均需要通过反复试验获得，包括对电解液的选择、电解抛光使用的电流大小、电压、抛光时间、温
度等参数，且从一种材料获得的参数难以平行移植到另一种材料上。另外电解液是电解抛
光中关键的工艺材料，不同的电解液对同一材料的抛光效果不同。

发明内容

[0019] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、且处理效果较佳、操作要求较低的带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法。

[0020] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0021] 带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，包括以下步骤：

[0022] (1)将待处理工件装夹在现有的电解抛光装置的阳极挂具上；

[0023] (2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

[0024] (3)将阴极置入电解槽；

[0025] (4)将配制好的电解液注入电解槽内；

[0026] (5)开启电解电源进行电解，电解槽中的电流密度为10A/分米2‑30A/分米2，调节电解槽的电压使电解槽内进行恒定电流电解；

[0027] (6)电解时间为60‑180s，电解后将工件从电解槽中取出，用水冲洗后晾干，前处理即完成。电解时间较短，仅需1‑3分钟，大大提高了电解抛光效率。

[0028] 电解抛光采用恒定电流，根据电解液电导率的变化，调整电压，确保电流恒定。

[0029] 整个电解过程中，电解槽内的电解温度可适应的范围较广，可在20‑90℃的范围内操控，因此无需特意将电解槽内的温度维持在一个小范围内，例如50‑70℃之间，本申请操
控更方便，且操控成本相比更低。为了维持恒定电流(在同一电解槽同一电解液中，恒定电
流密度)，随着电解液温度的增高，电导率会上升，需要降低电压的值；在电解液温度降低
时，电导率会下降，需要提高电压的值，以确保恒定电流。通过调节电压，来使电解温度的适
应范围更广，电压的调节可通过现有的电路系统智能调节，相比调节温度更为容易方便。

[0030] 优选地，步骤(3)中所述阴极采用不锈钢或者钛制成。

[0031] 优选地，步骤(5)中所述电解槽中的电压为6‑24v。根据电解液的电导率调节电压大小，以实现电流恒定。

[0032] 优选地，阴极的极板面积为待处理工件面积的1‑3倍。

[0033] 阴极的极板面积大于待处理工件的面积，电解过程中，从待处理工件表面溶解出的铁，镍和铬被阴极吸附，有利于电解液中废液的沉积析出，降低电解液中铁，镍和铬的含
量，避免电解液失效，从而保持电解液的良好，只需不定期去除阴极上的沉积物即可，利于
电解液的自修复和寿命的延长。

[0034] 优选地，电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸2‑3份、硫酸1份、添加剂0‑0.0035份。硫酸的腐蚀性较强，磷酸的腐蚀性相比较弱，本申请中采用较高的电流密度，为
避免影响电解抛光后的工件尺寸，电解液中硫酸的含量选用为磷酸含量的1/3/‑1/2，以达
到最佳的效果，另外这样的配比还可减小电解液的毒性，减少对环境的污染。

[0035] 优选地，磷酸的质量百分比浓度为80‑90％，硫酸的质量百分比浓度为95‑98.5％。

[0036] 优选地，步骤(6)中，电解后的工件先后用自来水、纯净水进行清洗。自来水、纯净水均是用于去除工件表面的电解液，先用自来水冲洗，减少成本，后再用纯净水清洗，确保
工件表面的清洁度。

[0037] 优选地，添加剂包括光亮剂、络合剂、表面活性剂中的一种或多种组合。光亮剂可使处理后的工件表面更为的光亮。

[0038] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：

[0039] 电解过程中，电解液采用酸性体系，对环境污染少，在适宜的电流密度、电解温度、恒定电流(在同一个电解槽、同一电解液体积下，通过调节电压，使得整个电解过程中电流、
电流密度恒定)下进行电解，去毛刺、除杂质和抛光可一次性完成，操作简单，控制方便，易
2
实现自动化生产，整个过程只需1‑3分钟，效率较高。电解抛光的电流密度为10A/分米 ‑
2
30A/分米 ，阳极尖端电流密度大，溶解速度快，可优先去除待处理工件表面的毛刺、杂质，
对其进行整平，实现对待处理工件一次性清洗抛光处理，后续无需喷砂、酸洗钝化等工艺，
工艺更加简单，成本更低；进行酸洗钝化后，工件表面会产生钝化膜，对等离子镀膜不利，会
增加后续离子清洗难度，本申请电解抛光后不需要进行酸洗钝化，利于后续的离子镀，且可
节约成本，避免因钝化处理而造成的环境污染。采用恒定电流，待处理工件表面的杂质等溶
解速度也恒定，电解温度变化或者电解液浓度变化都不会影响到电解抛光效果，得到的经
前处理后的工件表面效果一致，且处理效率较佳，处理后的工件有利于消除镀铝后的黑斑
形成。

[0040] 通过使用恰当的电解液、电流密度对待处理工件进行前处理，可去除工件表面的毛刺和杂质，还使得工件的铬铁质量比接近或大于1，工件表面生成一层致密坚固的富铬固
体透明膜，提高工件表面的耐腐蚀性能，质量稳定且容易控制；还可去除工件表面由于机械
加工或者抛光造成的冷流变层，得到低缺陷的表面层；电解抛光可以优先溶解高电位部分，
从而得到一个等电位层，减少微电池腐蚀；电解抛光可以彻底去除表面的一层金属，得到非
常洁净的表面对后续的离子镀膜非常有利，可极大地减少污垢、油脂等再附着的条件；不锈
钢工件表面通过电解抛光处理后呈镜面状态，其电解抛光处理后外观良好，表面具有明显
金属光泽，粗糙度值小，表面无白斑、花纹、凹坑、裂纹等缺陷，杂质减少。且电解液使用的成
分均为常用化工材料，价廉易得。本发明可适应形状复杂的工件，例如线材、弯头、薄板、带
螺纹工件等工件。

[0041] 电解时的电解温度在20‑90℃范围内均可进行，几乎不用控制电解温度，对电解温度条件要求较低，减少了控制成本，降低操作要求。

[0042] 电解抛光液的废物是金属的氧化物沉淀，产生的废液可以通过沉淀和添加新的原料恢复性能，废物处理方便。

附图说明

[0043] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

[0044] 图1为前处理前的螺钉的状态图；

[0045] 图2为采用本发明电解抛光后的螺钉的状态图(表面具有金属光泽、清洁度较好)；

[0046] 图3为前处理前的待处理工件表面金相图(放大600倍)；

[0047] 图4为采用现有技术1、现有技术2方式进行前处理后的工件表面金相图，工件表面清洁度较差，表面平整度差、表面不一致；

[0048] 图5为采用本发明电解抛光后的工件表面金相图(放大600倍)，工件表面平滑、镜面化，无明显痕迹。

具体实施方式

[0049] 以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

[0050] 下列实施例均以不锈钢螺钉为例进行前处理。

[0051] 实施例1

[0052] 带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，步骤如下：

[0053] (1)将待处理工件装夹在现有的电解抛光装置的阳极挂具上；

[0054] (2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

[0055] (3)将采用钛制成的阴极置入电解槽；

[0056] (4)配制电解液，电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸2份、硫酸1份。磷酸的质量百分比浓度为90％，硫酸的质量百分比浓度为95％；

[0057] (5)将配制好的电解液注入电解槽内；

[0058] (6)通过调节电解槽的电压对电解槽内进行恒定电流电解，开启电解电源进行电解，电解槽中的电压根据电解温度的变化调节，电压调节范围为6‑24v，使得整个电解过程
2
中恒定电流，电解槽中的电流密度为10A/分米 ，电解槽中的电解温度的操控范围在20‑90
℃之间；

[0059] (7)电解持续180s后将工件从电解槽中取出，先后用自来水、纯净水进行清洗后晾干前处理即完成。

[0060] 选用的阴极的极板面积为待处理工件面积的1.5倍。

[0061] 实施例2

[0062] 带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，步骤如下：

[0063] (1)将待处理工件装夹在现有的电解抛光装置的阳极挂具上；

[0064] (2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

[0065] (3)将采用不锈钢制成的阴极置入电解槽；

[0066] (4)配制电解液，电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸3份、硫酸1份。磷酸的质量百分比浓度为80％，硫酸的质量百分比浓度为98.5％。

[0067] (5)将配制好的电解液注入电解槽内；

[0068] (6)通过调节电解槽的电压对电解槽内进行恒定电流电解，开启电解电源进行电解，电解槽中的电压根据电解温度的变化调节，电压调节范围为6‑24v，使得整个电解过程
2
中恒定电流，电解槽中的电流密度为30A/分米 ，电解槽中的电解温度的操控范围在20‑90
℃之间；

[0069] (7)电解持续60s后将工件从电解槽中取出，先后用自来水、纯净水进行清洗后晾干前处理即完成。

[0070] 选用的阴极的极板面积为待处理工件面积的1倍。

[0071] 实施例3

[0072] 带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，步骤如下：

[0073] (1)将待处理工件装夹在现有的电解抛光装置的阳极挂具上；

[0074] (2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

[0075] (3)将采用不锈钢制成的阴极置入电解槽；

[0076] (4)配制电解液，电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸2.5份、硫酸1份、添加剂0.0035份。磷酸的质量百分比浓度为85％，硫酸的质量百分比浓度为98％。

[0077] 添加剂为0.001份的光亮剂、0.0015份的络合剂与0.001份的表面活性剂的混合物。

[0078] (5)将配制好的电解液注入电解槽内；

[0079] (6)开启电解电源进行电解，电解槽中的电压根据电解温度的变化调节，电压调节2
范围为6‑24v，使得整个电解过程中恒定电流，电解槽中的电流密度为24A/分米 ，电解槽中
的电解温度的操控范围在20‑90℃之间；

[0080] (7)通过调节电解槽的电压对电解槽内进行恒定电流电解，电解持续100s后将工件从电解槽中取出，先后用自来水、纯净水进行清洗后晾干前处理即完成。

[0081] 选用的阴极的极板面积为待处理工件面积的2倍。

[0082] 实施例4

[0083] 带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，步骤如下：

[0084] (1)将待处理工件装夹在现有的电解抛光装置的阳极挂具上；

[0085] (2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

[0086] (3)将采用钛制成的阴极置入电解槽；

[0087] (4)配制电解液，电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸2份、硫酸1份、添加剂0‑0.002份。磷酸的质量百分比浓度为85％，硫酸的质量百分比浓度为96％。

[0088] 添加剂为0.0015份的光亮剂与0.0005份的络合剂的混合物。

[0089] (5)将配制好的电解液注入电解槽内；

[0090] (6)开启电解电源进行电解，电解槽中的电压根据电解温度的变化调节，电压调节2
范围为6‑24v，使得整个电解过程中恒定电流，电解槽中的电流密度为20A/分米 ，电解槽中
的电解温度的操控范围在20‑90℃之间；

[0091] (7)通过调节电解槽的电压对电解槽内进行恒定电流电解，电解持续120s后将工件从电解槽中取出，先后用自来水、纯净水进行清洗后晾干前处理即完成。

[0092] 选用的阴极的极板面积为待处理工件面积的3倍。

[0093] 实施例5

[0094] 带螺纹不锈钢工件多弧离子镀铝前处理方法，步骤如下：

[0095] (1)将待处理工件装夹在现有的电解抛光装置的阳极挂具上；

[0096] (2)将装夹有待处理工件的阳极挂具置入电解槽；

[0097] (3)将采用钛制成的阴极置入电解槽；

[0098] (4)配制电解液，电解液的原料包括以下重量份的组分：磷酸3份、硫酸1份、添加剂0‑0.001份。磷酸的质量百分比浓度为90％，硫酸的质量百分比浓度为95％。

[0099] 添加剂为0.0005份的光亮剂与0.0005份的表面活性剂的混合物。

[0100] (5)将配制好的电解液注入电解槽内；

[0101] (6)开启电解电源进行电解，电解槽中的电压根据电解温度的变化调节，电压调节2
范围为6‑24v，使得整个电解过程中恒定电流，电解槽中的电流密度为15A/分米 ，电解槽中
的电解温度的操控范围在20‑90℃之间；

[0102] (7)通过调节电解槽的电压对电解槽内进行恒定电流电解，电解持续150s后将工件从电解槽中取出，先后用自来水、纯净水进行清洗后晾干，前处理即完成。

[0103] 选用的阴极的极板面积为待处理工件面积的1.2倍。

[0104] 如图1‑图5，采用实施例1‑实施例5的方式处理后的工件表面具有一层致密坚固的富铬固体透明膜，耐腐蚀性能较好，且工件表面均无斑点、裂缝等，外观良好，具有明显金属
光泽，粗糙度值小，表面无杂质、油脂，非常洁净，非常有利于后续的离子镀膜，提高了离子
镀膜的成品率，成品率均可达95％。仅需一次性电解清洗抛光处理，无需喷砂、钝化等工艺，
工艺更加简单，且电解时间均在3分钟以内，大大提高了电解抛光效率，降低时间成本，整个
电解过程电解温度维持在20‑90℃范围内即可，对电解温度要求较低，减少了控制成本，通
过调节电压来使整个电解过程中电流恒定，相比控制电解温度来说更为的容易，且成本更
低。参见图1‑图5的对比，图1为前处理前的螺钉的状态图；图2为采用本发明电解抛光后的
螺钉的状态图；图3为前处理前的待处理工件表面金相图；图4为采用现有技术1、现有技术2
方式进行前处理后的工件表面金相图；图5为采用本发明电解抛光后的工件表面金相图。

[0105] 上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、
修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识
进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发
明所附权利要求的保护范围内。