鋁合金電鍍鍍層及其制備方法

專利名稱：鋁合金電鍍鍍層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及電鍍產品，具體地涉及一種鋁合金電鍍鍍層及其制備方法。
背景技術：
鋁合金具有質輕、易成型加工、導電導熱性好等多種優良性能，常用作鋼鐵等金屬的表面復合材料，在汽車消音器、家電制品、耐熱材料等領域用于提高鋼板的耐腐蝕性和耐熱性等。為了抑制由鋁和鐵反應產生的Fe-Al合金的生長以及鋁金屬向鐵中的快速擴散，常采用向鋁電鍍液中添加10%以下的Si的方法，通過該方法制造的電鍍鋼板可具有較為優良的加工性和耐熱性，但同時也伴隨鋼板外觀質量尤其是光澤度損失的問題。為解決外觀質量下降的問題，又有研究者提出了在含有硅的電鍍液中添加鉻和鎂的方法，以抑制損害加工性和表面外觀的合金層的生長。例如 CN 1208493C公開了一種鋁合金電鍍鋼板的電鍍方法，是通過用含有5 — 15重量份硅、O. 1-1.5重量份鉻、O. 01-3.0重量份鎂的電鍍液電鍍處理鋁合金電鍍鋼板，減少在成形加工時出現的電鍍層的剝離和電鍍保護膜的裂縫，從而得到表面外觀改善、耐腐蝕性和加工性提高的鋁合金電鍍鋼板，但是其耐磨性能及耐冷熱沖擊性能差，不能滿足嚴酷環境下的使用要求。CN 101113527B公開了一種電鍍產品及其制備方法，該電鍍產品包括基體材料和基體材料表面上的電鍍金屬層，所述電鍍金屬層從內層到外層依次包括銅層、鎳層和鉻層，其中，所述電鍍金屬層還包括中間鍍層，所述中間鍍層位于鎳層和鉻層之間，所述中間鍍層為鈀、銠或釕，或者為鈀、銠、釘和鎳中任意2種、3種或4種的合金。該發明提供的電鍍產品，鎳層和鉻層之間具有中間鍍層，中間鍍層能夠阻止金屬鎳向電鍍產品表面析出，因此可以大大降低鎳析出量，使金屬鎳的析出量滿足每星期每平方厘米不得超過O. 5微克的標準，同時該電鍍產品的表面性能如耐磨性、耐腐蝕性和耐沖擊性好。該發明主要以塑料為基材，對于鋼板的電鍍效果并不理想。

發明內容
本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種鋁合金電鍍鍍層，其外觀平整，光澤度高，加工性及耐腐蝕性俱佳，尤其是具有優異耐磨性能和耐冷熱沖擊性能。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比表示的如下組分Ti 0.2 -IOwt %, Cr 0.5 — 2. 5wt %, Zr O. 05 — O. 2wt %,納米顆粒 0.5 — 6wt %,余量 Al。所述Ti可抑制鍍層中Al的溶出和氧化，并增加鍍層的致密性，其在鍍層中的含量過低則難以形成致密耐蝕的鍍層，含量過高則外觀質量下降。在本發明所述的鋁合金電鍍鍍層中，所述Ti的重量百分比為O. 2 — 10wt%，例如可以是 O. 2 — 5wt % ,2 — 7wt %, O. 5 — 6wt % ,3 — IOwt % ,8 — 9wt %, 0. 2wt %, 0. 5wt %,
Iwt %，I. 6wt %，2wt %，2. 5wt %，3wt %，3. Iwt %，3. 5wt %，4wt %，4. 4wt %，4. 6wt %，5wt %，5. 5wt %，5. 8wt %，6wt %，6. Iwt %，6. 5wt %，7wt %，7. 2wt %，8wt %，8. 7wt %，9wt %，9. 6wt %，IOwt % ;優選為 I 一 8wt % ;最優選為 3 — 6wt %。所述Cr能在電鍍層的表面形成致密的鈍化態氧化保護膜使得鍍鋁鋼板的耐腐蝕性提高，同時通過在電鍍液中形成鉻元素均勻分布起到使得合金層的結晶粒微細化的作用以及在電鍍層內形成聚集的穩定形態并使得加工性和加工后的剖切面的耐腐蝕性提高的作用。Cr在鍍層中的含量過低則分布的均勻性差，含量過高則會損害電鍍鋼板的表面外觀。在本發明所述的鋁合金電鍍鍍層中，所述Cr的重量百分比為O. 5 — 2. 5 〖％，例如可以是 O. 5 — I. 5wt %，I — 2wt %，I. 3 — I. 9wt %，I. 7 — 2. Iwt %，I. 4 — 2. 5wt %，
0.5wt %，0. 6wt %，0. 7wt %，0. 8wt %，0. 9wt %, Iwt %，1. Iwt %，1.2wt %，1.3wt %，
1.4wt %，1.5wt %，1.6wt %，1.7wt %，1.8wt %，1.9wt %，2wt %，2. Iwt %，2. 2wt %， 2.3wt%，2. 4wt%，2. 5wt% ;優選為 0. 8 — 2wt% ;最優選為 I 一 I. 5wt%。所述Zr少量添加到合金材料中可以提高耐腐蝕性。在本發明所述的鋁合金電鍍鍍層中，所述Zr的重量百分比為O. 05 — O. 2wt%，例如可以是 O. 05 — O. 2wt%,0. 07 — O. 15wt%,0. 08 — O. 16wt%,0. I — O. 14wt%,0. 11 —0. 19wt %，0. 18 — 0. 2wt %，0. 05wt %，0. 06wt %，0. 07wt %，0. 08wt %，0. 09wt %，0. Iwt %，0. Ilwt %，0. 12wt %，0. 13wt %，0. 14wt %，0. 15wt %，0. 16wt %，0. 17wt %，0. 18wt %，0. 19wt%，0. 2wt% ;優選為 0. 08 - 0. 2wt% ;最優選為 0. I — 0. 15wt%。所述納米顆粒可以使電鍍產品的表面更致密且使表面具更好的耐磨性和耐腐蝕性，任意本領域技術人員已知及可以獲得的顆粒直徑在納米級的顆粒均可應用，例如二氧化硅顆粒、金剛石顆粒、三氧化二鋁顆粒等中的任意一種或至少兩種的混合物。優選地，所述納米顆粒的粒子直徑為20 - 160納米，進一步優選為40 - 140納米，最優選為60-120納米。在本發明所述的鋁合金電鍍鍍層中，所述納米顆粒的重量百分比為O. 5 — 6wt%,例如可以是O. 5-1. 5wt%,0. 95-3wt%,l — 2wt%,2. 6 — 5wt%,3. 5-6wt%,0. 5wt%,0. 83wt %，I. Owt %，I. 56wt %，I. 7wt %，2wt %，2. 3wt %，2. 4wt %，2. 5wt %，2. 75wt %，3wt %，3. 25wt %，3. 5wt %，3. 82wt %，4wt %，4. 08wt %，4. 5wt %，4. 67wt %，4. 9wt %，5wt %，5. 16wt %，5. 45wt %，5. 5wt %，6wt % ;優選為 I 一 5wt % ;最優選為 2 — 4wt %。優選地，本發明所述的鋁合金電鍍鍍層在基材(優選為鋼板)上的附著量為O. 5 -80g/m2,低于此范圍則耐蝕性不足，高于此范圍則鍍層加工性能惡化。綜上所述，本發明優選的技術方案為一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比被％表示的如下組分Ti I - 8wt%,Cr
O.8 — 2wt %, ZrO. 08 — 0. 2wt %,納米顆粒 I — 5wt %,余量 Al。本發明最優選的技術方案為一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比被％表示的如下組分Ti 3 - 6wt % ,Crl — I. 5wt%, Zr O. I — O. 15wt%,納米顆粒 2 — 4wt%,余量 Al。優選地，本發明所述的鋁合金電鍍鍍層中基本上不含其他的雜質。此處術語“基本上不含”指的是不具有有意地添加到合金組成中的顯著的該組分的量，例如< O. 005%的水平，更優選沒有，可以理解在所期望的最終產品中可具有痕量附帶元素和/或雜質。本發明所述的“包括”，意指其除所述組分外，還可以含有其他組分，這些其他組分賦予所述鋁合金電鍍鍍層以不同的特性。除此之外，本發明所述的“包括”，還可以替換為封閉式的“為”或“由……制成”。不管本發明所述鋁合金電鍍鍍層包括何種成分，所述鋁合金電鍍鍍層的重量百分比之和為100%。進一步地，本發明還提供所述鋁合金電鍍鍍層的制備方法，具體的方法如下(I)采用AlCl3 - NaCl熔鹽體系，其中AlCl3的含量為81mol% _99mol%，將配制好的熔鹽放入電鍍槽中，加熱至熔化；(2)加入TiCl3或TiCl4, Ti離子的加入量為Al離子濃度的1/20 — 1/5 ；(3)加入Cr、Zr、納米顆粒；(4)浸入基體材料作為陰極，金屬Al板或石墨板作為陽極，接通直流電源；
(5)電鍍溫度為 150 — 300°C ;(6)電鍍槽中陰極電流密度為O. 02A / cm2 — IA / cm2 ；(7)電鍍槽中熔鹽流動速度為O. lM/sec-4M/sec。所述基體材料優選為鋼板。所述陽極的形狀可以為任意形狀，優選為環狀、圓柱狀或平板狀；所述陽極的數目可以為一個或多個。優選地，電鍍過程中可以通入氮氣或惰性氣體保護。所述惰性氣體為氦氣、氖氣、
氬氣、氪氣、氙氣等。優選地，在電鍍之前可以先用常規方法對基體進行脫脂、酸洗、水洗并充分干燥。優選地，在電鍍之后可以用水沖洗鍍件再烘干。優選地，電鍍的時間為O. 5-10min。本發明提供的鋁合金電鍍鍍層的制備方法，通過反復試驗確定工藝參數，使得電鍍涂層的密合性好，而又不存在由于基體鋼板的熱擴散過快所導致的合金層異常生長現象，因此最終獲得的電鍍鍍層外觀平整，光澤度高，加工性及耐腐蝕性俱佳，尤其是具有優異耐磨性能和耐冷熱沖擊性能。同時，本發明方法操作時間短，效率高，僅需不超過IOmin的時間即可在基體材料表面沉積出平整光滑的鋁合金鍍層。下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明，但下述的各個實施例僅僅是本發明的簡易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明的權利范圍以權利要求書為準。
具體實施例方式為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下實施例I : 一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比Wt %表示的如下組分T i 6wt %，Crlwt %, ZrO. 15wt%,納米顆粒 2wt%,余量 Al。附著量為40g/m2。對本實施例獲得的鋁合金電鍍鍍層進行性能測試，方法如下(I)耐磨性測定使用美國諾曼儀器設備公司生產的7-IBB型RCA磨耗儀，在175克力的作用下，磨擦電鍍鍍層，露出基體材料時記錄橡膠輪轉動的圈數；
(2)耐腐蝕性能測定將電鍍鍍層置于鹽霧箱內，在35°C下用濃度為5wt%的氯化鈉鹽水噴涂電鍍鍍層2小時，取出并置于另外一個溫度為40°C、相對濕度為80%的恒溫恒濕箱中，觀察電鍍鍍層并記錄鍍層表面出現異常所用的時間。(3)耐冷熱沖擊性能測試將電鍍鍍層放置在冷熱沖擊測試箱中，將測試溫度降低到一 40°C，放置2小時，然后在3分鐘內將測試溫度升至85°C，放置2小時，重復上述操作5次后將電鍍產品放置在室溫環境中，觀察鍍層表面是否出現異常。測試結果如下耐磨性2400次；耐腐蝕性180小時；耐冷熱沖擊通過，無異常。 實施例2:一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比Wt %表示的如下組分Ti3wt %，Crl. 5wt%, ZrO. Iwt %,納米顆粒 4wt%,余量 Al。附著量為50g/m2。按照與實施例I相同的方法對本實施例獲得的鋁合金電鍍鍍層進行性能測試，結果如下耐磨性2350次；耐腐蝕性178小時；耐冷熱沖擊通過，無異常。實施例3 一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比被％表示的如下組分Ti8wt% (3 -6wt% ), CrO. 8, ZrO. 2wt%,納米顆粒 Iwt %,余量 Al。附著量為60g/m2。按照與實施例I相同的方法對本實施例獲得的鋁合金電鍍鍍層進行性能測試，結果如下耐磨性2300次；耐腐蝕性175小時；耐冷熱沖擊通過，無異常。實施例4 一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比Wt %表示的如下組分Tilwt %，Cr2wt %，ZrO. 08wt %，納米顆粒 5wt %，余量 Al。附著量為10g/m2。按照與實施例I相同的方法對本實施例獲得的鋁合金電鍍鍍層進行性能測試，結果如下耐磨性2280次；耐腐蝕性173小時；耐冷熱沖擊通過，無異常。實施例5 一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比被％表示的如下組分Ti IOwt%, CrO. 5wt %, Zr 0. 2wt %，納米顆粒 0. 5wt %，余量 Al。附著量為80g/m2。按照與實施例I相同的方法對本實施例獲得的鋁合金電鍍鍍層進行性能測試，結果如下耐磨性2200次；耐腐蝕性168小時；耐冷熱沖擊通過，無異常。實施例6
一種鋁合金電鍍鍍層，包括以重量百分比被％表示的如下組分Ti O. 2wt%, Cr2. 5wt %, Zr O. 05wt %，納米顆粒 6wt %，余量 Al。附著量為O. 5g/m2。按照與實施例I相同的方法對本實施例獲得的鋁合金電鍍鍍層進行性能測試，結果如下耐磨性2250次；耐腐蝕性165小時；耐冷熱沖擊通過，無異常。在說明書和權利要求書中使用的所有表示組分含量在所有情況下都應當被理解為加上術語“約”的修飾。因此，除非相反指出，在說明書和權利要求書中所給出的數值都可以根據本發明所希望得到的性質的不同而變化。在最低限度，并不用于將等價物原則的應用限定為權利要求的范圍，每個數值都應當至少依照所報道的有效數字的值通過使用普通的舍入方法進行解釋。而且，所有在此公布的范圍都應當被理解為包含范圍的起點和終點值，包含任意和所有包含在其中的小范圍。例如，一定的范圍“1-10”應當被認為包含最小值I和最大值10之間(包括在內)的任何和所有小范圍；即所有以大于或等于I的最小值起始，而且以小于或等于10的最大值結束的所有小范圍，例如5-10，3. 3-6. 7，或I. 5-8. 8。在此文件中所提到的所有參考文獻都應當被理解為全部包括進來用于參考。應該注意到并理解，在不脫離后附的權利要求所要求的本發明的精神和范圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本發明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導的限制。申請人:聲明，以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，包括以重量百分比wt%表示的以下組分TiO. 2 - IOwt %，CrO. 5-2. 5wt%, ZrO. 05 — O. 2wt %，納米顆粒 O. 5 — 6wt %，余量 Al。
2.根據權利要求I所述的鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，所述Ti在所述鍍層中的含量為 I — 8wt %,優選為 3 — 6wt %。
3.根據權利要求I或2所述的鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，所述Cr在所述鍍層中的含量為O. 8 — 2wt %,優選為I — I. 5wt %。
4.根據權利要求1-3之一所述的鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，所述Zr在所述鍍層中的含量為 O. 08 - O. 2wt%，優選為 O. I — O. 15wt%。
5.根據權利要求1-4之一所述的鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，所述納米顆粒在所述鍍層中的含量為I 一 5wt%,優選為2 — 4wt%。
6.根據權利要求1-5之一所述的鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，所述鍍層在基材上的附著量為O. 5 - 80g/m2。
7.根據權利要求1-6之一所述的鋁合金電鍍鍍層，其特征在于，所述納米顆粒為二氧化硅顆粒、金剛石顆粒、三氧化二鋁顆粒等中的任意一種或至少兩種的混合物； 優選地，所述納米顆粒的粒子直徑為20 - 160納米，優選為40 - 140納米，最優選為60-120 納米。
8.根據權利要求1-7之一所述的鋁合金電鍍鍍層的制備方法，其特征在于，所述方法如下 (1)采用AlCl3- NaCl熔鹽體系，其中AlCl3的含量為81mol% _99mol%，將配制好的熔鹽放入電鍍槽中，加熱至熔化； (2)加入TiCl3或TiCl4,Ti離子的加入量為Al離子濃度的1/20 — 1/5 ； (3)加入Cr、Zr、納米顆粒； (4)浸入基體材料作為陰極，金屬Al板或石墨板作為陽極，接通直流電源； (5)電鍍溫度為150- 3000C ； (6)電鍍槽中陰極電流密度為O.02A / cm2 一 IA / cm2 ； (7)電鍍槽中熔鹽流動速度為O.ΙΜ/sec - 4M/sec。
9.根據權利要求8所述的鋁合金電鍍鍍層的制備方法，其特征在于，所述電鍍槽中可以通入氮氣或惰性氣體保護。
10.根據權利要求8或9所述的鋁合金電鍍鍍層的制備方法，其特征在于，所述電鍍的時間為 O. 5-10min。
全文摘要
本發明涉及電鍍產品，具體地涉及一種鋁合金電鍍鍍層及其制備方法。所述鋁合金電鍍鍍層包括以重量百分比wt％表示的以下組分Ti 0.2－10wt％，Cr 0.5－2.5wt％，Zr 0.05－0.2wt％，納米顆粒0.5－6wt％，余量Al。所述制備方法采用AlCl3－NaCl熔鹽體系，在150－300℃的電鍍溫度下僅需不超過10min的時間即可在基體材料表面沉積出平整光滑的鋁合金鍍層，后者的加工性及耐腐蝕性俱佳，并具有優異耐磨性能和耐冷熱沖擊性能。
文檔編號C22C21/00GK102776416SQ20121024046
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者葉偉炳 申請人:東莞市聞譽實業有限公司