一種螺栓表面防腐蝕方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬表面防腐方法，具體地涉及一種采用離子液體在螺栓表面電 鍍鋁錳合金防腐鍍層的方法，屬于電化學表面處理領域。
【背景技術】
[0002] 螺栓被廣泛應用建筑、家電、汽車、石油化工領域中，然而，在某些極端惡劣的條件 下，如海洋環(huán)境，螺栓表面容易發(fā)生電化學反應，出現(xiàn)生銹腐蝕。生銹的碳鋼螺栓結構強度 速度降低，直接影響設備的安全性可靠性。而且，在定期維護過程中銹蝕的螺栓由于棱角結 構強度下降，十分容易打滑，有時候不得不采用暴力破壞的方法進行拆卸，增加了生產(chǎn)維護 過程中的勞動強度和工程成本。因此對傳統(tǒng)螺栓進行表面處理，提高其防腐蝕性能十分必 要。
[0003]目前，應用最為廣泛的表面處理方法是鍍覆防腐，通過電化學反應在螺栓表面沉 積形成耐腐蝕層，提高螺栓的整體耐腐蝕性能。但是螺栓工件自身材質(zhì)通常具有易氧化的 特性，在儲存過程中其表面容易發(fā)生氧化反應形成氧化膜，且該氧化膜層很難徹底去除。即 使通過物理打磨處理清除了其表面的氧化層，當結束打磨后，在空氣中氧氣和水分作用下 極易再氧化，使得螺栓表面形成再氧化層。若在未徹底去除氧化層的條件下進行鍍覆，得到 的鍍層與基體結合牢固極差。
[0004] 以目前常采的熱浸鍍鋅為例，在螺栓的表面通過熱浸鍍鋅防腐時，由于螺栓基體 表面有氧化層的存在，鍍鋅層與螺栓基體結合強度低，易出現(xiàn)局部剝離。且鍍鋅層作為陰極 性保護層，一旦鍍層發(fā)生破裂，裸露出的螺栓基體會加速腐蝕，難以滿足螺栓在一些特殊場 合的實際使用要求。
[0005] 因此，在對螺栓進行電鍍之前，需進行預處理除去螺栓表面的氧化層，提高電鍍沉 積層的附著力。現(xiàn)有常規(guī)的預處理工藝有：除油浸漬、預鍍銅、閃鍍鎳等。但這些工藝預處 理的螺栓工件在電鍍后均無法滿足附著力的要求，由于螺栓本身結構的縫隙隔閡特性，使 得化學預處理過程中螺栓表面縫隙中的氧化層在常規(guī)處理中不易剝離，為進一步提高鍍層 與螺栓基體的結合力，尋求新的預處理方法顯得十分迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中所存在的上述不足，提供一種采用離子液體在 螺栓表面滾鍍鋁錳合金鍍層的方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的，采用離子液體在螺栓表面鋁錳合金鍍 層：
[0008] -種螺栓表面防腐蝕方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟（1)除油和酸洗：將螺栓放入電解液中，電解除油，將電解除油后的螺栓放入 酸洗液中，酸洗去除螺栓基體表面的氧化物。
[0010] 步驟⑵陽極活化：將螺栓放入活化液中褪鍍。
[0011] 步驟（3)離子液體電沉積：將經(jīng)步驟（I) (2)處理過的螺栓浸入電鍍液中進行恒 電流電沉積處理。所述電鍍液由二取代氯化咪唑-氯化鋁型離子液體和錳鹽組成。所述二 取代氯化咪唑-氯化鋁型離子液體由二取代氯化咪唑和AlCl3按照摩爾比為I :1. 5~2組 成，離子液體呈路易斯酸性。所述的電鍍液中錳鹽濃度為0.1~〇.5mol/L。采用兩電極體 系，以螺栓為工作電極，以金屬鋁為對電極。鍍液溫度為20~40°C，最好是20~30°C，如 25°C，陽極電流密度為6-20mA/cm2,鍍覆時間為0. 5h-2h。
[0012] 本發(fā)明的螺栓先經(jīng)過適當?shù)念A處理，表面的油脂、污垢以及氧化層都被充分清除 二次，螺栓基體表面和電鍍層的結合力好，不是容易脫落。電鍍過程中螺栓是在恒電流的條 件下進行鋁錳鍍層的電鍍工作的，電鍍過程中隨著鋁電極上的鋁離子溶解到電解液中，在 螺栓的表面快速的沉積形成鋁錳合金層。而且在電鍍液中錳離子的濃度適宜，沉積形成的 鋁錳沉積層中鋁錳比例處于優(yōu)選范圍，形成的鍍層表面強度好，耐腐蝕性能突出。
[0013] 優(yōu)選的，所述的電鍍液中錳鹽濃度為0. 1~0. 3mol/L。
[0014] 優(yōu)選的，在惰性氣體氛圍中進行電鍍操作。本發(fā)明的表面防腐處理過程中，預先將 螺栓表面進行電解除油、酸洗和陽極活化，螺栓表面的無氧化層，活性極高，容易和空氣中 的氧氣、水蒸汽反應再次生成氧化層。所以采用惰性氣氛保護，提高電鍍的品質(zhì)保證。
[0015] 優(yōu)選的，所述的鍍覆方式采用滾鍍，轉(zhuǎn)速為10_20r/min。采用滾鍍設備在真空手套 箱中進行，其中滾鍍的轉(zhuǎn)速為10_20r/min。采用滾鍍具有生產(chǎn)效率高，鍍層均勻，質(zhì)量好的 特點，特別是對于本發(fā)明處理的螺栓對象，能夠很好的克服螺栓異形結構各部分鍍層的均 勻性控制不佳的問題。
[0016] 在本發(fā)明步驟（1)所述的螺栓電解除油過程中，電解液為堿性除油液包括：氫氧 化鈉20-60g/L，碳酸鈉20-40g/L，磷酸三鈉5-15g/L ;處理步驟是以螺栓工件為陰極，放入 溫度在50-90°C的電解液中，施加電流密度2-lOmA/cm2,電解除油20s-2min。電解除油的過 程中使用堿性除油液進行電解，電解產(chǎn)生微小的氣泡附著在金屬表面，推動螺栓表面的油 脂從表面分離開來，而堿性的溶液對于油脂具有良好的溶解特性，可以促進電解除油的效 率。電解除油的過程中對于電流密度的控制在較低的水平，電解除油的時間也較短，對于螺 栓本身沒有什么大的干擾，可以很好的保證螺栓本身不在電解除油過程中損失強度。
[0017] 在本發(fā)明步驟（1)所述的螺栓酸洗過程中，酸洗液為稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸中的 一種或一種以上，其質(zhì)量濃度為5-10%，酸洗時間20s-2min。酸洗中使用的都是稀酸溶液， 質(zhì)量濃度控制在較低的水平，其腐蝕力一般，對于金屬表面的氧化物有腐蝕作用，但對于非 氧化部分的金屬則不具有強烈的腐蝕作用，實現(xiàn)了選擇性的樣品表面處理。
[0018] 本發(fā)明步驟（2)所述的陽極活化液是AlCl3與有機鹽構成的離子液體體系中，其 中有機鹽為二取代氯化咪唑，三氯化鋁和有機鹽的摩爾比例為〇. 5~4 :1。陽極活化，又稱 為褪鍍，利用與電鍍相同的原理，將工件放置在陽極利用電流使螺栓工件表面的部分金屬 離子溶解到溶液中，除去螺栓表面微小縫隙結構中的氧化層，使螺栓表面各個部分的氧化 層都完全除去，表面具有良好的活性，為表面防腐處理提供可靠的保障條件。
[0019] 本發(fā)明步驟（2)所述的離子液體活化參數(shù)如下：陽極為螺栓工件，陰極不銹鋼板， 活化液溫度15-80°C，活化電流密度2-lOmA/cm2,活化時間2-8min。陽極活化過程中，控制 活化液的溫度在較低的適宜的水平內(nèi)，既保證離子液體中電流導通及陽極上工件上的離子 在電流作用下鍍脫，又防止螺栓工作局部過分活化，過多的離子剝落。
[0020] 進一步，陽極活化在惰性氣體保護的氣氛中進行。陽極活化后的螺栓工件表面氧 化層被完全清除干凈，金屬成分被完全暴露出來，由于金屬鐵的活性較高容易被空氣中的 氧氣分子和水分子共同作用發(fā)生氧化，所以采用惰性氣體保護的氣氛進行陽極活化，可以 保證陽極活化的品質(zhì)。
[0021] 本發(fā)明步驟（3)所述的離子液體電沉積中的電鍍液是AlCl3與有機鹽構成的體 系，其中有機鹽為二取代氯化咪唑，其摩爾比為1. 5~2 :1，離子液體呈路易斯酸性。選用 路易斯酸性的離子液體可以促進電鍍過程中鋁錳在螺栓表面的沉積速率，改善鋁錳沉積形 態(tài)，對于螺栓表面形成均勻的鍍層結構具有協(xié)同增效作用。
[0022] 本發(fā)明步驟（3)所述的離子液體電沉積的參數(shù)如下：采用兩電極體系，陽極為鋁 板，陰極為經(jīng)所述步驟（1) (2)處理的螺栓工件，鍍液溫度為25°C，陽極電流密度為6-20mA/ cm2，鍍覆時間為0. 5h-2h。
[0023] 本發(fā)明所述的步驟（2) (3)均采用滾鍍設備，在真空手套箱中進行，其中滾鍍的轉(zhuǎn) 速為10-20r/min。即在陽極活化的過程中，也采用滾鍍設備，如此一來，工件在陽極活化的 過程中可以實現(xiàn)均勻化，保證螺栓的各個部分都能夠得到良好的活化作用，為后續(xù)的電鍍 沉積的鋁錳層的各個部分具有均勻的附著力提供了很好的保障。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：
[0025] 1.本發(fā)明工藝采用離子液體陽極活化，陽極活化是利用電解作用進一步去除基體 試樣表面的氧化膜，得到表面微觀粗糙的表面，有利于增強后續(xù)電沉積得到的鍍層與基體 結合力。
[0026] 2.本發(fā)明采用離子液體電沉積工藝，適用于活潑金屬及合金電沉積，且無水無氧 環(huán)境下得到的鍍層致密純度高，無氫脆，該工藝室溫可操作，環(huán)保型高。
[0027] 3.本發(fā)明獲得的鋁錳合金鍍層具有極其優(yōu)異的耐腐蝕性能，可作為犧牲陽極性鍍 層，極大的提高了螺栓的耐腐蝕性能。
[0028] 4.本發(fā)明采用的滾鍍設備，適用于異形件小零件的批量鍍覆，且得到的鍍層特別 是螺紋周圍的鍍層均勻致密，很好的解決了常規(guī)掛鍍存在的問題。
【附圖說明】：
[0029] 圖1是實施例1中電鍍AlMn鍍層后螺栓的宏觀圖。
[0030] 圖2是實施例1中電鍍AlMn鍍層后螺栓的SEM圖。
[0031 ] 圖3是實施例1中電鍍AlMn鍍層后螺栓外螺紋牙頂?shù)慕孛鍿EM圖。
[0032] 圖4是實施例1中碳鋼和鍍AlMn螺栓經(jīng)10天鹽霧試驗后樣品的宏觀圖。
[0033] 圖5是實施例2中電鍍AlMn鍍層后螺栓的宏觀圖。
[0034] 圖6是實施例2中電鍍AlMn鍍層后螺栓的SEM圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合試驗例及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0036] 以下結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明
[0037] 實施例1在45#螺栓表面離子液體電沉積鋁錳合金鍍層，具體步驟如下：
[0038] (1):采用一步除油法對45#螺栓進行脫脂除油，除油劑為氫氧化鈉20g/L，碳酸鈉 10g/L，磷酸三鈉15g/L和余量的去離子水，去將45#螺栓工件為陰極，304不銹鋼板為陽極， 放入溫度60°C的電解液中，施加電流密度lOmA/cm2,電解除油30s。隨后將上述經(jīng)電解除油 的45#螺栓工件浸入20% HCl中清洗5min，初步去除基體表面氧化膜。
[0039] (2)