橡胶球关节电镀锌-镍合金工艺及其性能

李斌，王林*，周同理，邓建青，谢彦飞

（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

Tong-li， DENG Jian-qing， XIE Yan-fei

橡胶球关节电镀锌-镍合金工艺及其性能

李斌，王林*，周同理，邓建青，谢彦飞

（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

对橡胶球关节进行电镀锌-镍合金以提高其防腐性能。对比研究了电镀锌-镍合金和电镀锌对橡胶球关节耐蚀性和粘合性能的影响。结果表明，锌-镍合金镀层（厚度8 ～ 12 μm）的耐蚀性远远优于纯锌层（厚度12 ～ 24 μm），中性盐雾试验1 987 h无红锈生成，电镀锌-镍合金后硫化的产品经中性盐雾试验720 h后无红锈生成。电镀锌-镍合金产品的尺寸较稳定，满足橡胶金属复合件高精度的尺寸要求。电镀锌-镍合金后，橡胶金属复合件的粘合性能变化不大，仍满足工业使用要求。

橡胶-金属复合件；锌-镍合金；电镀；耐蚀性；粘合性

Tong-li， DENG Jian-qing， XIE Yan-fei

First-author’s address: Zhuzhou Times New Metal Technology Co.， Ltd.， Zhuzhou 412007， China

橡胶球关节是一种常见的橡胶金属复合件，能起到柔性连接、传递载荷的作用［1］，从而提高交通工具的舒适性和安全性。在使用过程中，金属骨架在高温、酸碱介质中非常容易生锈，因此必须对其进行防护处理。国内企业主要通过电镀锌（见图 1a，橡胶在外套和芯轴的缝隙之间）或电镀锌-镍合金（见图 1b，黑色部位为橡胶）达到在使用环境中的防腐效果，电镀锌层在加工及周转过程中易磨损，在恶劣环境中的防腐性能差，而锌-镍合金镀层具有高耐蚀、低氢脆、机械加工性能优良等特性，已成为橡胶球关节表面处理工艺的必然发展趋势［2］。本文对橡胶球关节的锌-镍合金镀层进行了研究，以期为相关生产提供参考。

图1 橡胶金属复合件照片Figure 1 Photos of rubber-metal components

1 实验

1. 1 主要原材料

底胶CH205、面胶CH6108，上海洛德化学有限公司产品；天然胶（NR）、3#烟胶片，泰国产品；氧化锌，株冶集团股份有限公司；氢氧化钠，天津渤天化工有限责任公司；锌-镍合金镍补充剂及助剂，恒捷化工科技有限公司。

1. 2 金属骨架的制备

采用铁质骨架作基体，依次对其进行脱脂（65 ～ 75 °C，15 min）、喷砂（白刚玉，30 min）、真空超声波溶剂清洗（5 min）、涂底胶（5 ～ 10 μm）、干燥、涂面胶（25 ～ 30 μm）、干燥处理后，塑料袋包装待用。

将XSK-16开炼机（上海橡胶机械一厂）升温至70 °C左右，加入NR胶料，待胶料包辊加入其他配料，混炼均匀后薄通4次，下片。然后用100T平板硫化机（华意设备有限公司），在温度（155 ± 5） °C、压力19 ～ 20 MPa的条件下硫化（25 ± 1） min，制得电镀用金属骨架。

NR胶料各组分含量（质量份）为：天然胶100，炭黑55，氧化锌9，硬脂酸2，硫磺2.5，促进剂1.5，防老剂RD 2.5，防老剂4010NA 2，软化剂5，其他4。

1. 3 金属骨架电镀

1. 3. 1 工艺流程

高温（50 ～ 60 °C）化学除油→阴极电解除油（电压4 ～ 6 V）→2道水洗→酸洗→2道水洗→阳极电解除油（电压4 ～ 6 V）→2道水洗→活化→2道去离子水洗→锌-镍合金电镀→2道水洗→去离子水洗→钝化（温度25 ～ 35 °C，pH 3.8 ～ 4.2）→3道去离子水洗→封闭（温度40 ～ 50 °C）。

1. 3. 2 电镀配方和工艺

锌-镍合金电镀在自动锌镍生产线（由广东兴利电镀设备厂提供）上进行，镀液组成和工艺条件为：氧化锌8 g/L，氢氧化钠120 g/L，镍补充剂16 g/L，其他助剂，温度15 ～ 25 °C，电压3 ～ 7 V，时间45 min。所得镀层中Zn、Ni的质量分数分别为15.62%和84.38%。

锌电镀在自动镀锌生产线（由佛山忠仁设备厂提供）上进行，镀液组成和工艺条件为：氧化锌 12 g/L，氢氧化钠145 g/L，其他助剂适量，温度15 ～ 35 °C，电压4 ～ 8 V，时间40 min。

1. 4 性能测试

1. 4. 1 耐蚀性测定

采用高铁检测仪器（东莞）有限公司生产的GT-7004-L中性盐雾试验箱，按GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行中性盐雾（NSS）试验。

1. 4. 2 显微硬度测定

采用上海光学仪器厂生产的MHV-100Z显微维氏硬度计，按GB/T 4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验第一部分：试验方法》测定试样的显微硬度，载荷为50 g，加载时间为10 s。

1. 4. 3 膜厚和产品外径测定

膜厚采用美国博曼公司的BA-100x-rail膜厚测试仪测定；产品外径（图1中外套的外圆直径）采用成都成量工具集团有限公司的外径千分尺（精度0.001 mm）测定。

1. 4. 4 产品的粘合性能测定

在深圳新三思计量技术有限公司生产的CMT5605微机控制电子试验机上测定，测试时用产品专用工装在一定的压力作用下将产品芯轴从外套中压出，目测粘合状态，记录破坏力和附胶率，要求附胶率在95%以上。

2 结果与讨论

2. 1 锌镀层和锌-镍合金镀层的耐蚀性对比

锌镀层和锌-镍合金镀层的NSS试验结果见表1。从表1可知，与较厚的锌层相比，较薄的锌-镍合金镀层在NSS试验中出现白锈和红锈的时间分别延长了5倍和4倍左右，说明锌-镍合金镀层的耐蚀性远远优于锌镀层。分析原因为：（1）镀层中的Ni在锌-镍合金镀层钝化膜和镀层的结合处形成了富Ni层，该富Ni层抑制了腐蚀介质通过钝化膜而腐蚀镀层，使白锈时间大大延长；（2）一定含量的 Ni不仅使镀层结晶细致，防腐能力提高，而且作为阳极镀层，其腐蚀电位比纯锌正；（3）锌-镍合金镀层的腐蚀产物为 ZnCl2·Zn（OH）2与 ZnO的混合物［3］，ZnCl2·Zn（OH）2具有一定的粘附性，可均匀、致密地覆盖在镀层表面，阻止镀层的进一步腐蚀。

表1 锌镀层和锌-镍合金镀层的中性盐雾试验结果Table 1 Result of neutral salt spray test for zinc and zinc-nickel alloy coatings

2. 2 电镀锌和锌-镍合金对产品尺寸的影响

对橡胶球关节分别镀锌和锌-镍合金后测量其外圆尺寸，结果如图2所示。从图2可知，锌-镍合金电镀产品的尺寸波动较镀锌产品小，尺寸较稳定。这是因为锌-镍镀层的厚度比镀锌层小，一方面，锌-镍合金镀层的防腐性能好，镀层厚度要求较低，因此厚度偏差也低；另一方面，锌-镍合金电镀液的分散能力、覆盖能力较好［4］，不同部位锌-镍合金镀层的厚度分布较均匀。因此，锌-镍合金电镀满足橡胶金属复合件高精度的尺寸要求，保证产品在后续能正常安装使用。

图2 镀锌-镍合金和镀锌产品的外径Figure 2 Diameters of zinc-electroplated and zinc-nickel alloy-electroplated products

2. 3 电镀锌和锌-镍合金对电镀后硫化产品防腐性能的影响

对金属骨架镀锌或镀锌-镍合金后再硫化的产品防腐性能如表2所示。从表2可知，锌-镍合金镀层的防腐性能远远优于镀锌层，NSS试验720 h无红锈。虽然硫化过程会对镀层造成一定的损伤，但由于锌-镍合金镀层的显微硬度（200 ～ 220 HV）是镀锌层（60 ～ 80 HV）的2倍以上，在硫化的装模刮擦、出模撞击过程中，锌-镍镀层具有更好的抗磨、防撞击性能。

表2 镀锌和镀锌-镍合金后硫化产品的耐蚀性Table 2 Corrosion resistance of the products prepared by zinc or zinc-nickel alloy electroplating followed by vulcanizing

2. 4 电镀锌-镍合金对产品粘合性能的影响

电镀锌-镍合金对产品粘合性能的影响见表3。从中可以看出，电镀锌-镍合金后，所得橡胶金属复合件粘合良好，破坏力和附胶率与电镀锌-镍合金前相差不大，依旧满足工业要求，说明电镀锌-镍合金不会对产品的粘合性能产生不良影响。

表3 镀锌-镍合金对橡胶金属复合件粘合性能的影响Table 3 Effect of zinc-nickel alloy plating on bondability of rubber-metal component

3 结论

（1） 锌-镍合金镀层具有优异的耐蚀性，中性盐雾试验1 987 h无红锈生成。电镀锌-镍合金后的硫化产品中性盐雾试验720 h无红锈生成。

（2） 电镀锌-镍合金产品的尺寸较稳定，满足橡胶金属复合件高精度的尺寸要求，保证了产品后续的正常安装使用。

（3） 电镀锌-镍合金对橡胶金属复合件的粘合性能无明显影响，电镀锌-镍合金后，橡胶金属复合件的粘合性能变化不大，仍满足工业使用要求。

［1］ 陈忠海， 黄友剑. 机车车辆用弹性元件及发展趋势［J］. 中国橡胶， 2000 （19）: 9-12， 18.

［2］ 许爱忠， 胡文彬， 沈斌， 等. 锌-镍合金镀层耐蚀机理研究进展［J］. 电镀与环保， 2000， 20 （3）: 1-5.

［3］ 田伟， 谢发勤， 吴向清. 锌镍合金镀层耐蚀性研究［J］. 腐蚀与防护， 2006， 27 （11）: 552-554.

［4］ 张允诚， 胡如南， 向荣. 电镀手册［M］. 4版. 北京: 国防工业出版社， 2011: 328-336.

［ 编辑：周新莉 ］

Zinc-nickel alloy electroplating for rubber universal spherical joint and its properties

LI Bin， WANG Lin*， ZHOU

s: A zinc-nickel alloy was electroplated on the metal matrix of rubber universal spherical joint to improve its corrosion resistance. The corrosion resistance and bondability of the rubber universal spherical joints with zinc-nickel alloy and pure zinc coatings were compared. No red rust is formed on zinc-nickel alloy coating （thickness 8-12 μm） after neutral salt spray （NSS） test for 1 987 h and it is the same case for the products prepared by zinc-nickel electroplating followed by vulcanizing after NSS test for 720 h， showing that the zinc-nickel alloy coating has a much better corrosion resistance than the pure zinc coating （12-24 μm）. The size of zinc-nickel alloy-electroplated product is stable， satisfying the demand of high-precision size for rubber-metal component. The bondability of rubber-metal component is changed slightly after zinc-nickel electroplating and still meets the requirement of industrial application.

rubber-metal component； zinc-nickel alloy； electroplating； corrosion resistance； bondability

TQ153.2

A

1004 - 227X （2016） 03 - 0145 - 04

2015-11- 12

2015-12-24

李斌（1975-），男，四川乐山人，高级工程师，主要从事橡胶减震制品工艺技术研究。

王林，工程师，（E-mail） 724493030@qq.com。