[發明專利]一種鋁合金化學鍍鎳磷合金層的熱處理方法

有效

• 申請號: 201410046721.6
• 申請日: 2014-02-10
• 公開（公告）號: CN103774125A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 周向志;顧浩
• 申請（專利權）人: 杭州廣榮科技有限公司
• 主分類號: C23C18/32
• 分類號: C23C18/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明涉及一種鋁合金化學鍍鎳磷合金層的熱處理方法。

背景技術

鋁合金具有機械強度高、密度小、導熱導電性好、韌性好、易加工等特點，因而在工業中是應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，尤其在在航空航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中大量應用。鋁合金表面覆蓋一層致密的氧化膜，它可將鋁合金與周圍環境隔離開來，避免被氧化。但是這層氧化膜易受到強酸和強堿的腐蝕，同時鋁合金易產生晶間腐蝕，表面硬度低，不耐磨。

隨著工業技術的不斷發展，應用領域的不斷擴大，服役條件的復雜化，對鋁合金制備的零件，如高端汽車制動閥芯、重裝設備接插件、機柜導軌等提出了越來越搞的表面硬度和耐磨性要求。因此要對鋁合金表面進行耐磨性和提高硬度處理。目前使用較多的的工藝有：電鍍硬鉻、微弧氧化、化學鍍鎳磷合金、化學鍍鎳鎳硼合金。鋁合金表面電鍍鉻（15μm）雖然具有高硬度（850-1100Hv），但由于具有很大的環境污染性，六價鉻離子是強致癌物，國家已經不提倡，也不具有可持續發展性。在鋁合金表面進行微弧氧化，可以得到硬度為450Hv和1600Hv的內/外雙層膜，但微弧氧化只適合形狀簡單的零部件，且耗能大。化學鍍鎳具有以下優點：無需通電、較為環保；鍍層厚度及其均勻，處理部件不受形狀限制，不變形，特別是適用于形狀復雜，深盲孔及精度要求高的細小及大型部件的表面處理；具有優良的抗耐蝕性能，在許多酸、堿、鹽、氨和海水中具有良好的耐蝕性，其耐蝕性要比不銹鋼優越的多；處理后的部件，表面光潔度高，表面光亮，不需要重新的機械加工和拋光，可直接裝機使用；鍍層與基體的結合力高，不易剝落，其結合力比電鍍硬鉻和離子鍍要高。所以化學鍍鎳是提高鋁合金表面耐磨性和硬度的首選方法。目前，常用的主要有化學鎳磷和化學鎳硼兩種工藝。其中化學鎳磷根據磷含量的不同又可分為低磷（含磷2-5%質量百分比）、中磷（含磷6-9%質量百分比）、高磷（含磷10-14%質量百分比）。三種成分鍍態下鍍層均為非晶態的Ni-P合金，鍍態硬度分別為650-800Hv、500-650Hv、350-500Hv，要滿足高耐磨、高硬度的使用條件（Hv≥850）還要進行熱處理，但是低磷和中磷化學鎳磷鍍層的硬度在熱處理之后不升反降，只有高磷化學鎳磷鍍層在300℃以上進行熱處理是可以使硬度提高，各種實驗結果表明，最佳熱處理工藝是400℃熱處理1h，得到的鍍層硬度可以達到900-1100Hv。（以上提到的各種鎳磷鍍層厚度均為15μm，鍍層硬度采用HX1000顯微硬度計測試，測試條件為：50g，15s。）這是非晶態Ni-P層在350℃開始晶化，析出彌散Ni₃P相，使鍍層硬度大大提高，并在400℃/1h達到最佳，因為隨著溫度升高或者時間延長，晶態Ni₃P相不斷長大，反而會使鍍層硬度降低。化學鎳硼得到的合金鍍層（15μm）在鍍態狀態下可以達到750-850Hv，基本可以滿足耐磨性，但是由于硼胺烷還原劑比較昂貴，平均成本為化學鍍鎳磷的2-3倍，而且工藝并不成熟穩定，所以目前尚未大規模工業化應用。

通過綜合比較，化學鍍高磷鎳磷合金并進行400℃/1h熱處理是獲得高硬度、高耐磨鋁合金零配件的理想工藝。但零件如果在非真空下進行400℃/1h熱處理，會鍍層使表面氧化變色（實驗數據表面溫度超過305℃，鍍層就會變色），這對于很多使用環境是不允許的，如果在真空環境下進行熱處理，那么由于真空熱處理爐的高成本、小空間又大大限制了這種工藝的使用和發展。因此，如何在非真空環境熱處理中保證鍍層不發生變色氧化并使鍍層硬度提高到Hv≥850有很大的研究空間和研究意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋁合金化學鍍鎳磷合金層的熱處理方法，在非真空熱處理的條件下提高鋁合金表面化學鎳磷層的硬度和耐磨性。

一種鋁合金化學鍍鎳磷合金后的熱處理方法，其步驟如下：

1）鋁合金表面進行化學鍍鎳磷合金。

2）將鍍有10-14wt%鎳磷合金鍍層的鋁合金零件置于恒溫干燥箱，加熱至200℃，恒溫30min，然后取出，空氣冷卻。

3）在硼酸酒精溶液中加入全氟辛酸鈉作為活性劑，攪拌后形成熱處理保護劑，將烘干后的鋁合金零件放入保護劑，浸泡5-10min，浸泡溫度為20℃-40℃；

4）將浸泡熱處理保護劑后的鋁合金零件放入溫度為380℃-450℃的馬弗爐，恒溫40-60min熱處理，然后取出，空氣冷卻。

根據本發明，所述硼酸酒精溶液，硼酸含量為4wt%。

根據本發明，所述硼酸酒精溶液中加入的全氟辛酸鈉為1-5g/L。