阅读说明：本技术 在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法、铸造金属件金属覆层零部件及其制备方法 (Pretreatment method for preparing metal coating on surface of cast metal piece, cast metal piece metal coating part and preparation method thereof ) 是由 李宝增 程宝改 谢美芳 张红恩 林生军 庞亚娟 苗晓军 李新刚 张颖杰 田鹏 陈 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法、铸造金属件金属覆层零部件及其制备方法,属于铸造金属件金属覆层零部件的制备技术领域。本发明的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法,包括对铸造金属件进行表面处理使其表面致密化。本发明的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法,通过对铸造金属件表面进行表面处理,将铸造金属件的表面进行致密化处理,大量消除针孔缺陷,强化其表面组织形态,可以为后续制备金属覆层提供更优的基体,提高金属覆层与铸造金属件的结合力。(The invention relates to a pretreatment method for preparing a metal coating on the surface of a cast metal piece, a cast metal piece metal coating part and a preparation method thereof, belonging to the technical field of preparation of cast metal piece metal coating parts. The pretreatment method for preparing the metal coating on the surface of the cast metal piece comprises the step of carrying out surface treatment on the cast metal piece to densify the surface of the cast metal piece. According to the pretreatment method for preparing the metal coating on the surface of the cast metal piece, disclosed by the invention, the surface of the cast metal piece is subjected to densification treatment by performing surface treatment on the surface of the cast metal piece, so that a large number of pinhole defects are eliminated, the surface structure form of the cast metal piece is strengthened, a better matrix can be provided for the subsequent preparation of the metal coating, and the bonding force between the metal coating and the cast metal piece is improved.)

在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法、铸造金属件 金属覆层零部件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法、铸造金属件金属覆层零部件及其制备方法，属于铸造金属件金属覆层零部件的制备技术领域。

背景技术

铸造成型工艺历史悠久，铸造毛坯因其近乎成型，能够达到免机械加工或减少机械加工，使得铸造成型成为现代机械制造工业的基础工艺之一。铸造成型得到铸造金属件，为了满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求，常常需要进行表面处理。如铸造铝合金被大量应用于高压开关导电回路中，为了提高其导电性能，一般对其接触面进行镀银处理，为了保证镀银层质量满足使用要求，镀银前处理一般要进行“零部件成型→除油脱脂→水洗→碱蚀→热水洗→混酸洗(HF+HNO₃)→水洗”等多道工序以彻底清洗零部件表面的残留油污与生成的氧化皮，提高零部件镀银层与零部件基体的结合力。但是采用如上前处理工艺后进行镀银获得的银镀覆层容易产生起皮情况发生，尤其是在受热情况下此类问题更易发生，生产上是不允许的。不仅铸造铝合金如此，其他铸造金属件表面制备的金属覆层也经常出鼓泡脱皮。

目前，多数研究通过改变前处理工艺参数来增强铸造金属件基体与镀覆层之间的结合力，如延长酸洗时间，增加清洗次数等，虽然改变前处理工艺参数从而在一定程度上提高了金属镀覆层与铸造金属件基体的结合力，但是从生产上总体来看，铸造金属件表面的金属镀覆层气泡情况仍有发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，能够提高铸造金属件与金属覆层之间的结合力，减少金属覆层起泡的发生。

本发明还提供了一种铸造金属件金属覆层零部件及其制备方法。

为了实现以上目的，本发明的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法所采用的技术方案是：

一种在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，包括对铸造金属件进行表面处理使其表面致密化。

本发明的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，通过对铸造金属件表面进行表面处理，将铸造金属件的表面进行致密化处理，大量消除针孔缺陷，强化其表面组织形态，可以为后续制备金属覆层提供更优的基体，提高金属覆层与铸造金属件的结合力。

优选的，所述表面处理为滚压处理。滚压处理可以在铸造金属件表面形成连续的致密化层，从而极大地降低了致密化层中出现针孔的几率，并能使制备出的金属覆层的厚度更加均匀。

为了使铸造金属件在进行如机加工等后续处理后，仍能在保证铸造金属件表面密化层存在一定的厚度，优选的，所述滚压处理使铸造金属件的单面下压尺寸为100～200μm。

对铸造金属件进行表面处理时，根据处理方式的不同，如采用滚压处理后，变形区域产生残余应力，为了避免在铸造金属件表面制备金属覆层后，保留在铸造金属基体内的残余应力过大，造成金属覆层产生鼓泡起皮现象，影响铸造金属件金属覆层零部件的使用，优选的，上述处理方法，还包括将表面处理后的铸造金属件去除残余应力。

上述的处理方法，还包括在去除残余应力前，将表面处理后的铸造金属件进行机加工。对于需要进行机加工的铸造金属件，机加工过程中，同样会产生应力问题。机加工过程中铸造金属件表面受到刀具的挤压，会产生一定的变形，在变形区域会伴有机加工残余应力，一旦成型后铸造金属件直接进行后续处理在铸造金属件上制备金属覆层，残余应力保留在铸造金属金基体内，同样会残余应力过大，造成金属覆层鼓泡起皮现象的发生，影响使用，最终使铸造金属件金属覆层零部件返修或报废。因此，对于需要进行机加工的铸造金属件，机加工后再进行去除残余应力，简化生产工艺，也可避免因机加工造成的金属覆层的起泡、脱落。

所述去除残余应力是将铸造金属件在150～160℃进行加热。采用150～160℃的加热温度既可以起到去除残余应力的目的，也能避免加热温度过高引起的铸造金属件表面的快速、大量被氧化。

本发明的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法所采用的技术方案为：

一种铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，包括对铸造金属件进行表面处理使其表面致密化；然后在铸造金属件表面制备金属覆层，即得。

本发明的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，将铸造金属件进行表面致密化，避免铸造金属件金属覆层零部件在使用过程中，因铸造金属件基体表面针孔内气体受热膨胀导致金属覆层起泡、脱落现象的产生。

优选的，所述金属覆层为银。本发明的铸造金属件金属层层零部件的制备方法，特别适用于在铸造金属件表面制备银金属覆层，能够大大降低生产成本，提高银金属覆层与铸造金属件表面的结合力，延长零部件的使用寿命。

本发明的铸造金属件金属覆层零部件所采用的技术方案为：

一种采用上述的制备方法制得的铸造金属件金属覆层零部件。

本发明的铸造金属件金属覆层零部件，金属覆层与铸造金属件基体之间的结合力强，金属覆层不易起泡、脱落，铸造金属件金属覆层零部件的使用寿命和安全性得到提升。

具体实施方式

本发明提供了一种在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，包括对铸造金属件进行表面处理使其表面致密化。

针孔是铸造金属件的瑕疵之一，不同的金属熔液形成针孔的原因有所不同，但都是析出或侵入气体所产生的，如铸钢件表面多为柱状晶体，易生成条状针孔；铸造铝合金由于其自身冶炼方式所限，来自冶炼原材料、冶炼设备、气候因素等由于不可避免的有水蒸气的存在均会在铸造件表面形成针孔。此类针孔非常细小，如果不进行处理，就进行酸洗等后续常规制备金属覆层的前处理，针孔仍旧会留在制成的零部件表面，金属覆层覆盖后，制成的零部件在后续使用过程中易于受热引起针孔内部气体膨胀而造成金属覆层起皮，尤其是有冷热循环的工作环境、腐蚀气氛比较严重的环境更加明显。

本发明的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，通过对铸造金属件表面进行表面处理，将铸造金属件的表面进行致密化处理，大量消除针孔缺陷，强化其表面组织形态，可以为后续制备金属覆层提供更优的基体，提高金属覆层与铸造金属件的结合力。

一般情况下可以采用机械强化的方法使铸造金属件表面致密化。在涂装等行业通常采用喷砂处理对铸造金属件表面进行强化处理，但是喷砂处理对于铸造金属件表面强化作用是不连续的，仍旧存在砂粒没有作用到的区域，对于这些区域喷砂处理后仍然存在孔隙；此外，喷砂处理对工件表面粗糙度改变较大时可达到几十微米，对于金属覆层而言，粗糙度越大越好，提高粗糙度可以有效提高镀层的结合力。但是在后期铸造金属件成型过程中，致密化层一般又被部分去除，且在加工成型过程中，包括在成型前喷砂过程中产生的应力仍旧存在零部件内部，容易使镀层或者涂层在后期服役过程中由于应力释放，且镀层与基体并不能协同发生变形而产生起泡或者起皮现象。

优选的，所述表面处理为滚压处理。滚压处理可以在铸造金属件表面形成连续的致密化层，从而极大地降低了致密化层中出现针孔的几率，并能使制备出的金属覆层的厚度更加均匀。

为了使铸造金属件在进行如机加工等后续处理后，仍能在保证铸造金属件表面密化层存在一定的厚度，优选的，所述滚压处理使铸造金属件的单面下压尺寸为100～200μm。

对铸造金属件进行表面处理时，根据处理方式的不同，如采用滚压处理后，变形区域产生残余应力，为了避免在铸造金属件表面制备金属覆层后，保留在铸造金属基体内的残余应力过大，造成金属覆层产生鼓泡起皮现象，影响铸造金属件金属覆层零部件的使用，优选的，上述处理方法，还包括将表面处理后的铸造金属件去除残余应力。

上述的处理方法，还包括在去除残余应力前，将表面处理后的铸造金属件进行机加工。

所述去除残余应力是将铸造金属件在150～160℃进行加热。采用150～160℃的加热温度既可以起到去除残余应力的目的，也能避免加热温度过高引起的铸造金属件表面的快速、大量被氧化。

优选的，所述加热的时间为3～5h。

优选的，所述铸造金属件为铸造铝合金件。由于铸造铝合金的表面存在一些细小的针孔，这些针孔一般不能通过成型过程的机加工处理消除，采用本法的处理方法，对铸造铝合金件进行表面化处理，大量消除其表面的针孔，提高铸造铝合金金属件与金属覆层(如镀银层)的结合力。

优选的，所述金属覆层为银。进一步优选的，所述金属覆层的厚度为20～50μm。

优选的，所述金属覆层为镀银层。

本发明还提供了一种铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，包括对铸造金属件进行表面处理使其表面致密化；然后在铸造金属件表面制备金属覆层，即得。

本发明的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，将铸造金属件进行表面致密化，避免铸造金属件金属覆层零部件在使用过程中，因铸造金属件基体表面针孔内气体受热膨胀导致金属覆层起泡、脱落现象的产生。

在铸造金属件表面制备金属覆层可以采用现有技术中的常规方法，如采用电镀、化学镀、喷涂等工艺。

优选的，所述表面处理为滚压处理。所述滚压处理使铸造金属件的单面下压尺寸为100～200μm。

优选的，上述的制备方法，还包括将表面处理后的铸造金属件去除残余应力。所述去除残余应力是将铸造金属件在150～160℃进行加热。所述加热的时间为3～5h。

优选的，上述的制备方法，还包括在去除残余应力前，将表面处理后的铸造金属件进行机加工。通过机加工可以完成零部件成型。

优选的，所述铸造金属件为铸造铝合金件。

优选的，所述金属覆层为银。进一步优选的，所述金属覆层的厚度为20～50μm。

优选的，所述金属覆层为镀银层。

在铸造金属件表面制备金属覆层前，可以对表面处理后的铸造金属件进行制备金属覆层前的常规预处理。优选的，上述的制备方法，还包括将去除残余应力后的铸造金属件依次进行除油脂和酸洗。

优选的，铸造金属件去除油脂后，依次进行水洗、碱蚀、水洗，然后再进行酸洗。进一步的，碱蚀后进行水洗采用的是热水。进一步的，在铸造金属件表面制备金属覆层前，对金属酸洗后的铸造金属件进行水洗。

优选的，所述酸洗是采用混合酸进行清洗。所述混合酸为硝酸和氢氟酸的混合物。

进一步优选的，所述混合酸是将质量分数30～50％的氢氟酸、质量分数为50～70％的硝酸和水按照体积比为2～5:30～40:100混合得到。

本发明还提供了一种采用上述的制备方法制得的铸造金属件金属覆层零部件。

本发明的铸造金属件金属覆层零部件，金属覆层与铸造金属件基体之间的结合力强，金属覆层不易起泡、脱落，铸造金属件金属覆层零部件的使用寿命和安全性得到提升。

以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

各实施例中采用的混酸是将质量分数为40％的氢氟酸、质量分数为63％的硝酸与H₂O按照3:40:100的体积比混合得到。

实施例1

本实施例的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，包括以下步骤：

1)对铸造铝合金件表面进行滚压处理，控制铸造铝合金件滚压处理后单面下压尺寸为150μm；

2)将滚压处理后的铸造铝合金件进行机加工，完成零部件成型；

3)将机加工后的铸造铝合金件在155℃加热4h去除残余应力。

本实施例的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，包括以下步骤：将采用本实施例中前述处理方法处理后的铸造铝合金件依次进行去除油脂、水洗、碱蚀、热水洗、混酸洗(HF+HNO₃)、水洗，然后在其表面镀银，即得；表面镀银形成的镀银层的厚度为50μm。

本实施例的铸造金属件金属覆层零部件采用本实施例的制备方法制得。

实施例2

本实施例的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，包括以下步骤：

1)对铸造铝合金件表面进行滚压处理，控制铸造铝合金件滚压处理后单面下压尺寸约为190μm；

2)将滚压处理后的铸造铝合金件进行机加工，完成零部件成型；

3)将机加工后的铸造铝合金件在150℃加热5h去除残余应力。

本实施例的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，包括以下步骤：将采用本实施例中前述处理方法处理后的铸造铝合金件依次进行去除油脂、水洗、碱蚀、热水洗、混酸洗(HF+HNO₃)、水洗，然后在其表面镀银，即得；表面镀银形成的镀银层的厚度为20μm。

本实施例的铸造金属件金属覆层零部件采用本实施例的制备方法制得。

实施例3

本实施例的在铸造金属件表面制备金属覆层的前处理方法，包括以下步骤：

1)对铸造铝合金件表面进行滚压处理，控制铸造铝合金件滚压处理后单面下压尺寸约为110μm；

2)将滚压处理后的铸造铝合金件进行机加工，完成零部件成型；

3)将机加工后的铸造铝合金件在160℃加热3h去除残余应力。

本实施例的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，包括以下步骤：将采用本实施例中前述处理方法处理后的铸造铝合金件依次进行去除油脂、水洗、碱蚀、热水洗、混酸洗(HF+HNO₃)、水洗，然后在其表面镀银，即得；表面镀银形成的镀银层的厚度为35μm。

本实施例的铸造金属件金属覆层零部件采用本实施例的制备方法制得。

对比例

对比例的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法，与实施例3中的铸造金属覆层零部件的制备方法的区别仅在于不进行铸造金属金制备金属覆层前的处理，直接将铸造铝合金件依次进行去除油脂、水洗、碱蚀、热水洗、混酸洗(HF+HNO₃)、水洗，然后在其表面镀银。

实验例

分别对采用实施例1～3及对比例的制备方法制得的铸造金属件金属覆层零部件的合格率进行检测，方法为将镀银后的零部件在放入加热炉中，空气环境，随炉温升至185±10℃，保温2h，然后随炉冷却至室温，取出观察镀银层的起泡情况，无起泡情况的视为合格，测试结果见表1。

表1镀银层合格率检测结果

根据表1中的检测结果可知，实施例1～3的制备方法最终镀银层质量一次合格率达到了95.5～96％，与传统工艺方法相比，镀银产品质量一次合格率大大提高。如采用对比例的制备方法镀银产品质量一次合格率约85％，实施例1～3的制备方法银产品质量一次合格率提高10％左右。

实施例1～3的铸造金属件金属覆层零部件的制备方法大大提高了铝合金镀银产品质量，铸造铝合金镀银零部件应用于高压开关导电回路中，可以保证了高压开关安全运行性能，给企业带来了巨大的经济效益，给电网安全运行提供了可靠保证。