一种螺栓表面防腐蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属表面防腐方法，具体地涉及一种采用离子液体在螺栓表面电 镀铝锰合金防腐镀层的方法，属于电化学表面处理领域。
【背景技术】
[0002] 螺栓被广泛应用建筑、家电、汽车、石油化工领域中，然而，在某些极端恶劣的条件 下，如海洋环境，螺栓表面容易发生电化学反应，出现生锈腐蚀。生锈的碳钢螺栓结构强度 速度降低，直接影响设备的安全性可靠性。而且，在定期维护过程中锈蚀的螺栓由于棱角结 构强度下降，十分容易打滑，有时候不得不采用暴力破坏的方法进行拆卸，增加了生产维护 过程中的劳动强度和工程成本。因此对传统螺栓进行表面处理，提高其防腐蚀性能十分必 要。
[0003]目前，应用最为广泛的表面处理方法是镀覆防腐，通过电化学反应在螺栓表面沉 积形成耐腐蚀层，提高螺栓的整体耐腐蚀性能。但是螺栓工件自身材质通常具有易氧化的 特性，在储存过程中其表面容易发生氧化反应形成氧化膜，且该氧化膜层很难彻底去除。即 使通过物理打磨处理清除了其表面的氧化层，当结束打磨后，在空气中氧气和水分作用下 极易再氧化，使得螺栓表面形成再氧化层。若在未彻底去除氧化层的条件下进行镀覆，得到 的镀层与基体结合牢固极差。
[0004] 以目前常采的热浸镀锌为例，在螺栓的表面通过热浸镀锌防腐时，由于螺栓基体 表面有氧化层的存在，镀锌层与螺栓基体结合强度低，易出现局部剥离。且镀锌层作为阴极 性保护层，一旦镀层发生破裂，裸露出的螺栓基体会加速腐蚀，难以满足螺栓在一些特殊场 合的实际使用要求。
[0005] 因此，在对螺栓进行电镀之前，需进行预处理除去螺栓表面的氧化层，提高电镀沉 积层的附着力。现有常规的预处理工艺有：除油浸渍、预镀铜、闪镀镍等。但这些工艺预处 理的螺栓工件在电镀后均无法满足附着力的要求，由于螺栓本身结构的缝隙隔阂特性，使 得化学预处理过程中螺栓表面缝隙中的氧化层在常规处理中不易剥离，为进一步提高镀层 与螺栓基体的结合力，寻求新的预处理方法显得十分迫切。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种采用离子液体在 螺栓表面滚镀铝锰合金镀层的方法。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，采用离子液体在螺栓表面铝锰合金镀 层：
[0008] -种螺栓表面防腐蚀方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤（1)除油和酸洗：将螺栓放入电解液中，电解除油，将电解除油后的螺栓放入 酸洗液中，酸洗去除螺栓基体表面的氧化物。
[0010] 步骤⑵阳极活化：将螺栓放入活化液中褪镀。
[0011] 步骤（3)离子液体电沉积：将经步骤（I) (2)处理过的螺栓浸入电镀液中进行恒 电流电沉积处理。所述电镀液由二取代氯化咪唑-氯化铝型离子液体和锰盐组成。所述二 取代氯化咪唑-氯化铝型离子液体由二取代氯化咪唑和AlCl3按照摩尔比为I :1. 5~2组 成，离子液体呈路易斯酸性。所述的电镀液中锰盐浓度为0.1~〇.5mol/L。采用两电极体 系，以螺栓为工作电极，以金属铝为对电极。镀液温度为20~40°C，最好是20~30°C，如 25°C，阳极电流密度为6-20mA/cm2,镀覆时间为0. 5h-2h。
[0012] 本发明的螺栓先经过适当的预处理，表面的油脂、污垢以及氧化层都被充分清除 二次，螺栓基体表面和电镀层的结合力好，不是容易脱落。电镀过程中螺栓是在恒电流的条 件下进行铝锰镀层的电镀工作的，电镀过程中随着铝电极上的铝离子溶解到电解液中，在 螺栓的表面快速的沉积形成铝锰合金层。而且在电镀液中锰离子的浓度适宜，沉积形成的 铝锰沉积层中铝锰比例处于优选范围，形成的镀层表面强度好，耐腐蚀性能突出。
[0013] 优选的，所述的电镀液中锰盐浓度为0. 1~0. 3mol/L。
[0014] 优选的，在惰性气体氛围中进行电镀操作。本发明的表面防腐处理过程中，预先将 螺栓表面进行电解除油、酸洗和阳极活化，螺栓表面的无氧化层，活性极高，容易和空气中 的氧气、水蒸汽反应再次生成氧化层。所以采用惰性气氛保护，提高电镀的品质保证。
[0015] 优选的，所述的镀覆方式采用滚镀，转速为10_20r/min。采用滚镀设备在真空手套 箱中进行，其中滚镀的转速为10_20r/min。采用滚镀具有生产效率高，镀层均匀，质量好的 特点，特别是对于本发明处理的螺栓对象，能够很好的克服螺栓异形结构各部分镀层的均 匀性控制不佳的问题。
[0016] 在本发明步骤（1)所述的螺栓电解除油过程中，电解液为碱性除油液包括：氢氧 化钠20-60g/L，碳酸钠20-40g/L，磷酸三钠5-15g/L ;处理步骤是以螺栓工件为阴极，放入 温度在50-90°C的电解液中，施加电流密度2-lOmA/cm2,电解除油20s-2min。电解除油的过 程中使用碱性除油液进行电解，电解产生微小的气泡附着在金属表面，推动螺栓表面的油 脂从表面分离开来，而碱性的溶液对于油脂具有良好的溶解特性，可以促进电解除油的效 率。电解除油的过程中对于电流密度的控制在较低的水平，电解除油的时间也较短，对于螺 栓本身没有什么大的干扰，可以很好的保证螺栓本身不在电解除油过程中损失强度。
[0017] 在本发明步骤（1)所述的螺栓酸洗过程中，酸洗液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的 一种或一种以上，其质量浓度为5-10%，酸洗时间20s-2min。酸洗中使用的都是稀酸溶液， 质量浓度控制在较低的水平，其腐蚀力一般，对于金属表面的氧化物有腐蚀作用，但对于非 氧化部分的金属则不具有强烈的腐蚀作用，实现了选择性的样品表面处理。
[0018] 本发明步骤（2)所述的阳极活化液是AlCl3与有机盐构成的离子液体体系中，其 中有机盐为二取代氯化咪唑，三氯化铝和有机盐的摩尔比例为〇. 5~4 :1。阳极活化，又称 为褪镀，利用与电镀相同的原理，将工件放置在阳极利用电流使螺栓工件表面的部分金属 离子溶解到溶液中，除去螺栓表面微小缝隙结构中的氧化层，使螺栓表面各个部分的氧化 层都完全除去，表面具有良好的活性，为表面防腐处理提供可靠的保障条件。
[0019] 本发明步骤（2)所述的离子液体活化参数如下：阳极为螺栓工件，阴极不锈钢板， 活化液温度15-80°C，活化电流密度2-lOmA/cm2,活化时间2-8min。阳极活化过程中，控制 活化液的温度在较低的适宜的水平内，既保证离子液体中电流导通及阳极上工件上的离子 在电流作用下镀脱，又防止螺栓工作局部过分活化，过多的离子剥落。
[0020] 进一步，阳极活化在惰性气体保护的气氛中进行。阳极活化后的螺栓工件表面氧 化层被完全清除干净，金属成分被完全暴露出来，由于金属铁的活性较高容易被空气中的 氧气分子和水分子共同作用发生氧化，所以采用惰性气体保护的气氛进行阳极活化，可以 保证阳极活化的品质。
[0021] 本发明步骤（3)所述的离子液体电沉积中的电镀液是AlCl3与有机盐构成的体 系，其中有机盐为二取代氯化咪唑，其摩尔比为1. 5~2 :1，离子液体呈路易斯酸性。选用 路易斯酸性的离子液体可以促进电镀过程中铝锰在螺栓表面的沉积速率，改善铝锰沉积形 态，对于螺栓表面形成均匀的镀层结构具有协同增效作用。
[0022] 本发明步骤（3)所述的离子液体电沉积的参数如下：采用两电极体系，阳极为铝 板，阴极为经所述步骤（1) (2)处理的螺栓工件，镀液温度为25°C，阳极电流密度为6-20mA/ cm2，镀覆时间为0. 5h-2h。
[0023] 本发明所述的步骤（2) (3)均采用滚镀设备，在真空手套箱中进行，其中滚镀的转 速为10-20r/min。即在阳极活化的过程中，也采用滚镀设备，如此一来，工件在阳极活化的 过程中可以实现均匀化，保证螺栓的各个部分都能够得到良好的活化作用，为后续的电镀 沉积的铝锰层的各个部分具有均匀的附着力提供了很好的保障。
[0024] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0025] 1.本发明工艺采用离子液体阳极活化，阳极活化是利用电解作用进一步去除基体 试样表面的氧化膜，得到表面微观粗糙的表面，有利于增强后续电沉积得到的镀层与基体 结合力。
[0026] 2.本发明采用离子液体电沉积工艺，适用于活泼金属及合金电沉积，且无水无氧 环境下得到的镀层致密纯度高，无氢脆，该工艺室温可操作，环保型高。
[0027] 3.本发明获得的铝锰合金镀层具有极其优异的耐腐蚀性能，可作为牺牲阳极性镀 层，极大的提高了螺栓的耐腐蚀性能。
[0028] 4.本发明采用的滚镀设备，适用于异形件小零件的批量镀覆，且得到的镀层特别 是螺纹周围的镀层均匀致密，很好的解决了常规挂镀存在的问题。
【附图说明】：
[0029] 图1是实施例1中电镀AlMn镀层后螺栓的宏观图。
[0030] 图2是实施例1中电镀AlMn镀层后螺栓的SEM图。
[0031 ] 图3是实施例1中电镀AlMn镀层后螺栓外螺纹牙顶的截面SEM图。
[0032] 图4是实施例1中碳钢和镀AlMn螺栓经10天盐雾试验后样品的宏观图。
[0033] 图5是实施例2中电镀AlMn镀层后螺栓的宏观图。
[0034] 图6是实施例2中电镀AlMn镀层后螺栓的SEM图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[0036] 以下结合具体实施例对本发明做进一步说明
[0037] 实施例1在45#螺栓表面离子液体电沉积铝锰合金镀层，具体步骤如下：
[0038] (1):采用一步除油法对45#螺栓进行脱脂除油，除油剂为氢氧化钠20g/L，碳酸钠 10g/L，磷酸三钠15g/L和余量的去离子水，去将45#螺栓工件为阴极，304不锈钢板为阳极， 放入温度60°C的电解液中，施加电流密度lOmA/cm2,电解除油30s。随后将上述经电解除油 的45#螺栓工件浸入20% HCl中清洗5min，初步去除基体表面氧化膜。
[0039] (2)