一种钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法技术

一种钢带表面镉‑铅合金镀层的制备方法：以奥氏体不锈钢冷轧钢带为基材，常规的碱液脱脂除油；常规水洗并烘干至表面无水分；在全氢保护气氛下退火；镀覆：电镀Sn‑In合金；双离子注入Cd及Pb；物理气相沉积In‑Ag合金；自然冷却至室温。本发明专利技术钢带表面生成一层厚度为8.8~11.5µm的Sn‑In/Cd‑Pb/In‑Ag复合镀层，硬度34~41 HV，表面粗糙度0.018~0.028µm，孔隙率不超过2个/cm

【技术实现步骤摘要】
一种钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法
本专利技术属于材料表面处理
，具体地涉及一种钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法。
技术介绍
镉(Cd)和铅(Pb)是两种重要的低熔点重金属，可塑性好，易于成形。特别是在海洋或高温大气环境中，两者都具有优异的耐蚀性能和抗氧化性能，镀在钢铁产品表面后形成防护性镀层，从而保护钢基不被腐蚀。然而，现实中镉镀层和铅镀层的应用却受到极大限制，主要是因为：第一，镉与铅都是有毒重金属元素，镀覆过程中，无论是它们的蒸气、熔融液态金属还是可溶性盐，污染严重，对环境和人体伤害极大。第二，在钢件表面直接镀镉或镀铅的过程中，在一定的温度和应力同时作用下，会发生“镉脆”或“铅脆”现象，且电镀过程中还可能产生“氢脆”问题，容易导致钢件出现断裂，引发安全事故。因此，目前工业上传统的电镀镉、电镀铅和热浸镀铅工艺，其既不符合国家节能及环保政策的要求，镀层性能也难以满足行业日益严苛的使用标准，属于落后工艺，已逐渐被淘汰或禁止。尽管如此，因镉镀层和铅镀层优异的耐蚀性能和抗氧化性能，在海洋、航空等特殊环境下仍有一定的用武之地。如果能形成镉-铅合金镀层，则可以整合两者的优点，发挥协同效应，进一步提高镀层的使用性能。其关键问题在于两个方面：一是如何有效地形成镉-铅合金镀层，避免出现“镉脆”、“铅脆”和“氢脆”现象。二是在镀覆过程中，如何显著降低镉和铅的毒性，以保护环境。经检索：中国专利公开号为CN108166031A的文献，其公开了《一种锌合金无氰镀镉环保型镀层结构的制备方法》，包括锌合金基体和在锌合金基体表面上从内到外依次制备的锌镍合金预镀层、无氰镀镉层、及稀土改性铬酸盐低铬钝化层。所述锌镍合金预镀层采用碱性锌镍合金电镀工艺、或采用酸性锌镍合金电镀工艺制备。该文献提供的镀层结构，按照GB/T10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行中性盐雾试验2880h，镀件表面无白色腐蚀物生成。这种镀层结构具有优异的耐蚀性和良好的结合力，克服了传统制备工艺高污染的技术缺陷，具有较好的市场前景。尽管如此，该文献却存在两个明显不足：一是虽然采用新型氯化钾无氰镀镉工艺，但本质上仍是传统的电镀镉方式，能耗高。电镀过程使用了可溶性的剧毒物质氯化镉，污染性大；所得镀层厚度不易精确控制，易产生“镉脆”或“氢脆”现象。二是钝化过程中所采用的钝化剂含有高污染性的有毒物质三氧化铬、硝酸铬和硝酸，环保性很差。中国专利公开号为CN104097848A的文献，其公开了《一种高强度耐腐蚀Pb-Sn复合镀层捆带的生产方法》，所选用的钢带基材组分为C：0.10～0.20％，Mn：0.50～1.20％，Si：≤0.010％，P：≤0.010％，S：≤0.010％，B：0.010～0.030％，Als：0.030～0.070％。生产步骤包括：冶炼并连铸成坯及常规对铸坯加热、热轧、常规酸洗、冷轧、制带。所得产品的厚度为0.9mm，抗拉强度不低于1050MPa，延伸率不低于9％，反复弯曲次数不少于8次(R＝5mm)，表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为4μm左右，具有美丽光泽的Pb-Sn复合镀层，置于室内大气环境中，480天不发生明显锈蚀，完全满足使用要求。尽管如此，该文献也存在两个明显不足：一是镀铅时采用热浸镀方式，其不仅能耗巨大，而且有毒的熔融液态铅在高温下容易汽化蒸发，扩散性更强，对环境和人体的伤害更大，更加难以预防；此外，熔融液态铅容易使钢带产生“铅脆”问题，使其发生脆断。二是镀锡时同样采用热浸镀方式，能耗也同样不低，所得镀层厚度不均，不易控制，且锡的浪费较大，生产成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的环境污染重、镀层质量差等问题，提供一种在钢带表面生成一层厚度为8.8～11.5μm的Sn-In/Cd-Pb/In-Ag复合镀层，硬度为34～41HV，表面粗糙度为0.018～0.028μm，孔隙率不超过2个/cm2，镀层表面质量良好；在30℃海水环境中连续放置3600d后，表面腐蚀面积不超过0.05％；在300℃高温下连续放置500d后，表面氧化面积不超过0.1％；在100KHz超声波环境下连续放置10000h后，镀层厚度没有明显变化，也没有出现脱落和裂纹，且不会发生重金属暴露现象，完全满足海洋和航空等特殊环境需要的钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法。实现上述目的的措施一种钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法，其步骤：1)以奥氏体不锈钢冷轧钢带作为基材，进行常规的碱液脱脂除油；2)常规水洗并烘干至钢带表面无水分；3)在全氢保护气氛下进行退火，控制退火温度为650～690℃，保温时间为40～50min；4)进行镀覆：A、电镀Sn-In合金，镀液为SnCl2+In2(SO4)3酸性水溶液，控制SnCl2和In2(SO4)3的摩尔浓度比例为2：0.20～0.35，电流密度为2.0～2.4A/dm2，电镀时间为12～15min；B、双离子注入Cd及Pb，控制Cd及Pb的注入能量为235～245KeV，Cd的注入剂量为(2.5～3.5)×1020/cm2，Pb的注入剂量为(2.8～3.8)×1020/cm2；C、物理气相沉积In-Ag合金，控制In的重量百分比为72～82％，Ag的重量百分比为28～18％，控制沉积速率为0.40～0.50μm/min，沉积时间为15～20min；D、自然冷却至室温。优选地：退火温度为655～685℃。优选地：Cd及Pb的注入能量为238～243KeV，Cd的注入剂量为(2.8～3.2)×1020/cm2，Pb的注入剂量为(3.0～3.5)×1020/cm2。优选地：In的重量百分比为75～80％，Ag的重量百分比为25～20％，沉积速率为0.43～0.48μm/min。本专利技术为了实现上述目的，针对行业需要，以奥氏体不锈钢冷轧钢带作为基材，进行了大量的试验及分析，经过优化选择，采用“碱液脱脂除油+全氢退火+电镀Sn-In合金+双离子注入Cd-Pb+物理气相沉积In-Ag合金”工艺进行表面处理，是由于：第一，选择奥氏体不锈钢冷轧钢带作为基材，是因为其对“镉脆”、“铅脆”现象不是特别敏感，且自身耐蚀性能和抗氧化性能较强，有利于提高钢件的稳定性，延长使用寿命。第二，冷轧钢带在进行镀覆前，必须保证其表面是洁净的，要进行适当的前处理。其中，碱液脱脂主要用来除去钢带表面的油污，而全氢退火有四个作用：一是将钢带表面残存的极少量油脂全部高温挥发掉。二是在还原性氢气气氛下，将钢带表面少量的氧化物全部去除。三是适当软化钢带，降低钢带的内应力，减少产生裂纹的概率，提高复合镀层的稳定性。四是退火后的钢不易出现“镉脆”和“铅脆”，有利于提高钢件的稳定性，延长使用寿命。第三，冷轧钢带在完成前处理后，在钢带表面电镀一层Sn-In合金作为内镀层。这里有三个原因：一是如果将镉或铅直接镀覆在钢带表面，发生“镉脆”或“铅脆”的概率将大为增加，容易引起钢件断裂。若在钢带与镉、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法，其步骤：/n1) 以奥氏体不锈钢冷轧钢带作为基材，进行常规的碱液脱脂除油；/n2) 常规水洗并烘干至钢带表面无水分；/n3) 在全氢保护气氛下进行退火，控制退火温度为650~690℃，保温时间为40~50 min；/n4) 进行镀覆：/nA、电镀Sn-In合金，镀液为SnCl

【技术特征摘要】
1.一种钢带表面镉-铅合金镀层的制备方法，其步骤：
1)以奥氏体不锈钢冷轧钢带作为基材，进行常规的碱液脱脂除油；
2)常规水洗并烘干至钢带表面无水分；
3)在全氢保护气氛下进行退火，控制退火温度为650~690℃，保温时间为40~50min；
4)进行镀覆：
A、电镀Sn-In合金，镀液为SnCl2+In2(SO4)3酸性水溶液，控制SnCl2和In2(SO4)3的摩尔浓度比例为2：0.20~0.35，电流密度为2.0~2.4A/dm2，电镀时间为12~15min；
B、双离子注入Cd及Pb，控制Cd及Pb的注入能量为235~245KeV，Cd的注入剂量为(2.5~3.5)×1020/cm2，Pb的注入剂量为(2.8~3.8)×1020/cm2；
C、物理气相沉积In-Ag合金，控制I...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄菲，周慧，毛云飞，束影，金党琴，钱琛，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32