[发明专利]一种钢带表面镉-锡或镉-钛合金镀层的制备方法

说明书

一种钢带表面镉‑锡或镉‑钛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Zn‑Sn合金；双离子注入Cd及Sn或Cd及Ti；物理气相沉积In‑Zn合金；自然冷却。本发明钢带表面生成一层厚度11.2~14.7µm的Zn‑Sn/Cd‑Sn/In‑Zn或者Zn‑Sn/Cd‑Ti/In‑Zn复合镀层，硬度35~40HV，表面粗糙度0.013~0.023µm，孔隙率不超过2个/cm²；在30℃海水环境中连续放置3600d后，表面腐蚀面积不超过0.01%；在300℃高温下连续放置500d后，表面氧化面积不超过0.04%；在100 KHz超声波环境下连续放置10000h后，镀层厚度无明显变化，也无出现脱落和裂纹，且未发现重金属暴露现象。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体地涉及一种钢带表面镉-锡或镉-钛合金镀层的制备方法。

背景技术

镉(Cd)是一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，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，现实中镉镀层的应用却受到极大限制，主要是因为：

第一，镉是有毒重金属元素，镀覆过程中，无论是它的蒸气、熔融液态金属还是可溶性盐，污染性强，对环境和人体的伤害极大。

第二，在钢件表面直接镀镉的过程中，在一定的温度和应力同时作用下，会发生“镉脆”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，目前工业界主要使用镉基合金镀层来代替单纯的镉镀层，究其原因，在于：

一是镉基合金镀层中的镉含量要低于纯镉，可以降低镉的用量，减少对环境的污染。

二是镉基合金镀层由于集中整合了各组分的优点，其使用性能一般要优于单纯的镉镀层。

业内现在使用最多的镉基合金主要是镉-锡合金或镉-钛合金，这两类合金具有较低的氢脆性和较高的耐蚀性能，可用作代镉层，因而大量应用于海洋和航空环境。

当前，这两类镉基合金镀层的制备主要通过电镀工艺实现，其存在三个不足：一是能耗高，镀层厚度不易精确控制，原料浪费大。二是需要使用剧毒的可溶性镉盐，甚至还要使用氰化物作为镀液，这会对环境和人体产生极大毒害作用。三是电镀过程中，“氢脆”现象依然无法避免，且操作过程必须精确控制，而这额外增加了作业难度，延长了流程，降低了工作效率。

因此，目前工业上传统的电镀镉-锡或镉-钛工艺，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。

尽管如此，由于镉基合金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。其关键问题在于两个方面：一是如何有效地形成镉基合金镀层，避免出现“镉脆”、“氢脆”现象。二是在镀覆过程中，如何显著降低镉的毒性以保护环境。

经检索：

中国专利公开号为CN107245732A的文献，其公开了《一种在304或316L不锈钢表面电镀高强度耐腐蚀镉锡钛合金的方法》，其主要处理步骤包括：(1)加热消除应力；(2)喷砂；(3)化学除油；(4)阳极氧化处理；(5)大电流冲击无氰电镀镉；(6)小电流无氰电镀镉-锡-钛镀层；(7)加热；(8)钝化-热水清洗；(9)老化-自然冷却。所得镀层耐蚀性高于镀镉层6～7倍，其镀层均匀-细致可匹敌氰化物镀镉，其虽通过表面预处理和预先镀镉后镀镉锡钛合金镀层的结合力远高于同类镀镉锡合金和镀镉层，且镉锡钛镀层多孔，有利于氢的逸出，更拥有良好的上漆性、可焊性、成形性以及低氢脆性，整个制备工艺简单，无氰电镀，安全环保，但该文献还存在如下不足：