一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺制造技术

技术编号:24882703 阅读:41 留言:0更新日期:2020-07-14 18:09
本发明专利技术公开了一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,包括钢辊基材,表面依次形成冲击镍层、镀铜层、镍磷非晶合金层,电镀工艺包括如下步骤:S1:将钢辊基材置于电镀液中形成冲击镍层;S2:将钢辊基材浸入装有电镀铜液的电解槽A中形成镀铜层,制得预镀辊;S3:将预镀辊浸入乙酸溶液中,取去离子水A冲洗预镀辊表面,后将预镀辊放入电解槽B中,预镀辊完全浸入复合镀液;S4:将预镀辊与电源阴极相连,将钛网电极和装满镍饼的钛篮阳极连接至电源阳极,电镀形成镍磷非晶合金层,制得镍磷合金辊;S5:将镍磷合金辊冷却后进行微结构加工,制得用于微结构加工的低应力镍磷合金辊。本发明专利技术得到的低应力镍磷合金辊更适合用于高精度结构加工。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺
本专利技术涉及金属表面处理领域,尤其涉及一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺。
技术介绍
电镀非晶合金是提升材料功能的一个工程技术分支,因非晶材料其独特的性能而在近年来备受关注。非晶合金材料由于不具有晶界,因此在耐磨性和耐腐蚀性方面相较于传统合金具有很大的优势。在非晶合金材料中,最被广泛研究与应用的就是镍磷合金,根据含磷量的不同,镍磷合金的结构与性能也有较大的差异,含磷量达到1%的镍磷合金是过饱和固溶体的非平衡合金;含磷量达到3%,镍磷合金的晶粒就会发生显著细化;镍磷合金的含磷量达到8%时就能获得单相的非晶态合金,没有晶界存在,耐腐蚀性大大增强;镍磷合金的含磷量达到15%时,磷的电子排布式发生变化,3d层不饱和电子层被P层给予的电子填满,波尔磁子消失,其内、外轨型和空间构型更稳定,镍磷合金的微观组织更稳定。虽然电镀镍磷合金自专利技术之始已经走过了半个世纪之久,但其电流效率低,稳定性差,镀层应力较大等缺陷仍大大限制了其在工业上的使用。传统电镀工艺普遍采用次亚磷酸钠,虽然次亚磷酸钠具有pH范围较广、电流效率高的优势,但也存在稳定性差且极易被氧化为亚磷酸钠的缺陷。而传统电镀工艺采用亚磷酸钠进行电镀时,则存在电流效率低下、成品的孔隙率高等缺陷,且在电镀过程中伴随着磷元素的消耗,成品的厚镀层往往呈现出分层的缺陷,且内应力较大,层与层之间缺陷较多,无法满足CNC精密加工的要求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的镍磷合金镀层存在较大内应力和缺陷、电镀工艺存在电流效率低且孔隙率高等缺陷,提供了一种新的用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺。为了解决上述技术问题,本专利技术通过以下技术方案实现:一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,包括钢辊基材,所述钢辊基材的表面通过电镀依次形成冲击镍层、镀铜层、镍磷非晶合金层,所述镀铜层的厚度为200~1000微米,所述镍磷非晶合金层的厚度为300~800微米,所述镀铜层的HV硬度为380~400,所述镍磷非晶合金层的HV硬度为580~650,所述镍磷非晶合金层的磷含量为10~18%、镍含量为82~90%。在上述的镍磷合金辊结构中,冲击镍层在钢辊基材表面形成很薄的闪镀层,且结晶细致,有利于镀层与钢辊基材之间形成良好的结合力。镀铜层作为预镀层,具有高光亮、高整平、高分散性、与其他金属层的结合力好、镀层致密等优点,能有效提高镀层之间的结合力并减少镀层之间的微观缺陷。本专利技术在钢辊基材表面设置超厚(≥300微米)、高磷含量且致密、低应力的镍磷非晶合金层,能够使整个低应力高硬度的镍磷合金辊性能优良,适合用于高精度结构加工。作为优选,上述所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,所述镍磷非晶合金层的表面粗糙度Ra<0.3μm。将镍磷非晶合金层的表面粗糙度控制在上述范围内,能够节约后续加工合金辊的时间,从而提高生产效率。作为优选,上述所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,所述钢辊基材为45号钢或304不锈钢。选用45号钢或304不锈钢作为钢辊基材的材料,不仅易于获取,且硬度适宜,能节约镍磷合金辊整体造价。一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊的电镀工艺,包括如下步骤:S1:将所述钢辊基材充分除油、酸洗活化后,置于含有200~250g/L的氯化镍和150~200mL/L的盐酸的电镀液中,其中所述氯化镍、盐酸按质量份比例为1:0.72~1:1.2的比例混合,所述钢辊基材在4~10A/dm2的电流密度以及室温条件下电镀60~100S,形成所述冲击镍层;S2:将镀有所述冲击镍层的钢辊基材充分水洗活化后全浸入或半浸入装有电镀铜液的电解槽A中,所述电解槽A设有水平旋转机构,将所述水平旋转机构的转速设定为5~8转/分钟,并在15~30A/dm2的电流密度、35~45℃的温度条件下电镀5~15h,形成所述镀铜层,制得预镀辊;S3:将所述预镀辊浸入除油液中充分去油,然后将所述预镀辊浸入5~17%浓度的乙酸溶液中清洗180~300S,取去离子水A持续冲洗所述预镀辊表面,清洗后将所述预镀辊放入装有复合镀液以及设置有垂直旋转机构的电解槽B中,所述预镀辊通过所述垂直旋转机构悬挂于所述电解槽B中并完全浸入所述复合镀液;S4:将所述预镀辊与电源阴极相连,取与所述钢辊基材等长的钛网电极和装满镍饼的钛篮阳极并将钛网电极和钛篮阳极连接至电源阳极,接着将所述预镀辊的转速设定为10~30转/分钟,并在1~1.1A/dm2的电流密度、42~45℃的温度条件下电镀36~96h,形成所述镍磷非晶合金层,将所述预镀辊从所述复合镀液中取出,用去离子水B将所述预镀辊表面残余镀液洗去,制得镍磷合金辊;S5:将所述镍磷合金辊自然冷却至22~23℃,然后在镍磷非晶合金层表面进行微结构加工,最终制得用于微结构加工的低应力镍磷合金辊。在上述步骤S1中,预镀冲击镍层是为了增强后续镀铜层与钢辊基材的结合力,若在钢辊基材上直接镀铜易形成疏松的置换铜层,从而极大影响镀层间的结合力。同时预镀冲击镍层能防止钢辊基材在活化后再次钝化的情况。在上述步骤S2中,通过电镀铜液形成的镀铜层能提高镀层硬度。在上述步骤S3、S4中,对预镀辊表面进行清洗,洗去表面的电镀铜液后进行电镀镍磷非晶合金层,能够保证镍磷非晶合金层的品质。在上述步骤S5中,对镍磷合金辊进行微结构加工,来满足CNC精密加工的要求,使最终制得的镍磷合金辊适用于实际的生产制造。作为优选,上述所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊的电镀工艺,所述步骤S3中,每1L所述复合镀液由如下组份组成:硫酸镍90~105g、亚磷酸35~40g、乙醇酸18~22g、柠檬酸25~30g、氢氧化钠30~35g、糖精钠水合物4.5~6g、十二烷基硫酸钠0.05~0.1g、硼酸35~40g、氯化镧0.45~0.75g、余量为去离子水C,在42~45℃环境下,所述复合镀液的pH值为2.5~2.8。上述复合镀液采用乙醇酸和柠檬酸双络合剂,配合小电流电镀,能够调节元素的析出电位,在长时间的电镀过程中能使反应界面处的磷元素浓度不发生过大的改变,使得镀层成分与结构更均匀。上述复合镀液还采用氯化镧作为重要组份之一,氯化镧可以改善镀液的分散能力,同时显著提升电流效率,使电流效率可达50%以上,由于稀土元素具有丰富的能级,会在电极表面发生特性吸附,进而改变双电层的结构,从而改变镍磷元素的扩散与沉积过程,改善镀层结构,促进非晶形成,并且加入稀土元素使得镀层表面更加细致,并提升了镀层的显微硬度。而糖精钠水合物易产生特性吸附,能有效去除镀层的宏观内应力。糖精钠水合物的使用量限定在以上范围内,能够更好地提升镀液的稳定性。通过以上组分形成的复合镀液稳定性强,实际生产使用寿命达5年以上,不仅节约生产成本,而且减少了废弃镀液对环境造成的污染。作为优选,上述所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊的电镀工艺,所述步骤S3中,所述复合镀液的制备方法如下:...

【技术保护点】
1.一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,包括钢辊基材(4),其特征在于:所述钢辊基材(4)的表面通过电镀依次形成冲击镍层(3)、镀铜层(2)、镍磷非晶合金层(1),所述镀铜层(2)的厚度为200~1000微米,所述镍磷非晶合金层(1)的厚度为300~800微米,所述镀铜层(2)的HV硬度为380~400,所述镍磷非晶合金层(1)的HV硬度为580~650,所述镍磷非晶合金层(1)的磷含量为10~18%、镍含量为82~90%。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,包括钢辊基材(4),其特征在于:所述钢辊基材(4)的表面通过电镀依次形成冲击镍层(3)、镀铜层(2)、镍磷非晶合金层(1),所述镀铜层(2)的厚度为200~1000微米,所述镍磷非晶合金层(1)的厚度为300~800微米,所述镀铜层(2)的HV硬度为380~400,所述镍磷非晶合金层(1)的HV硬度为580~650,所述镍磷非晶合金层(1)的磷含量为10~18%、镍含量为82~90%。


2.根据权利要求1所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,其特征在于:所述镍磷非晶合金层(1)的表面粗糙度Ra<0.3μm。


3.根据权利要求1所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊,其特征在于:所述钢辊基材(4)为45号钢或304不锈钢。


4.根据权利要求1所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊的电镀工艺,其特征在于:包括如下步骤:
S1:将所述钢辊基材(4)充分除油、酸洗活化后,置于含有200~250g/L的氯化镍和150~200mL/L的盐酸的电镀液中,其中所述氯化镍、盐酸按质量份比例为1:0.72~1:1.2的比例混合,所述钢辊基材(4)在4~10A/dm2的电流密度以及室温条件下电镀60~100S,形成所述冲击镍层(3);
S2:将镀有所述冲击镍层(3)的钢辊基材(4)充分水洗活化后全浸入或半浸入装有电镀铜液的电解槽A(5)中,所述电解槽A(5)设有水平旋转机构(6),将所述水平旋转机构(6)的转速设定为5~8转/分钟,并在15~30A/dm2的电流密度、35~45℃的温度条件下电镀5~15h,形成所述镀铜层(2),制得预镀辊(9);
S3:将所述预镀辊(9)浸入除油液中充分去油,然后将所述预镀辊(9)浸入5~17%浓度的乙酸溶液中清洗180~300S,取去离子水A持续冲洗所述预镀辊(9)表面,清洗后将所述预镀辊(9)放入装有复合镀液以及设置有垂直旋转机构(11)的电解槽B(10)中,所述预镀辊(9)通过所述垂直旋转机构(11)悬挂于所述电解槽B(10)中并完全浸入所述复合镀液;
S4:将所述预镀辊(9)与电源阴极相连,取与所述钢辊基材(4)等长的钛网电极(7)和装满镍饼的钛篮阳极(8)并将钛网电极(7)和钛篮阳极(8)连接至电源阳极,接着将所述预镀辊(9)的转速设定为10~30转/分钟,并在1~1.1A/dm2的电流密度、42~45℃的温度条件下电镀36~96h,形成所述镍磷非晶合金层(1),将所述预镀辊(9)从所述复合镀液中取出,用去离子水B将所述预镀辊(9)表面残余镀液洗去,制得镍磷合金辊...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄兆元丁利明翟才金
申请(专利权)人:常州华威新材料有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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