化學(xué)鍍鎳技術(shù)的應(yīng)用

1鎳磷鍍層表面成分化學(xué)精煉是利用還原溶液中的金屬離子沉積在金屬零件表面的自脈沖反應(yīng)過程。使金屬零件表面牢固鍍上一層鎳磷合金層。鍍層成分為鎳、磷元素,磷占5%~12%。鍍態(tài)硬度為500~700HV。左右,非晶態(tài)結(jié)構(gòu),經(jīng)過熱處理后析出Ni3P金屬化合物,硬度可上升到1000HV左右。化學(xué)鍍鎳分為酸性化學(xué)鍍、堿性化學(xué)鍍、多元化學(xué)鍍和化學(xué)復(fù)合鍍。最常見的是酸性化學(xué)鍍鎳。1.1硫脲2-po-緩沖劑鍍液配方有許多種,主要組成為:(1)主鹽:硫酸鎳Ni2SO4,25~27g/L(以1L蒸餾水為準);(2)還原劑:次磷酸鈉NaH2PO2,25~28g/L;(3)緩沖劑:乙酸鈉NaAc,20~22g/L;(4)絡(luò)合劑:乙酸CH3COOH,15~18g/L;(5)穩(wěn)定劑:硫脲,微量;(6)光亮劑:乙酸鉛,微量。鍍液用稀堿液或系酸液調(diào)整pH值為4.2~4.5,施鍍溫度控制在84℃左右,施鍍時不停地攪拌鍍液。1.2化學(xué)鍍鎳過程化學(xué)鍍鎳工藝流程:堿性除油→酸洗除銹→弱酸活化→化學(xué)鍍鎳→熱處理→鈍化處理。化學(xué)鍍鎳過程如圖1所示。施鍍溫度為82~84℃,鍍液Ph=4.2~4.5,時間在1.5h左右。輕微攪拌鍍液。鍍后工件隨鍍液冷卻至室溫,然后沖洗干凈,立即200℃低溫回火,消除鍍層應(yīng)力。化學(xué)鍍層的各種性能已經(jīng)在文獻中中詳細介紹。1.3化學(xué)多元鍍法在普通化學(xué)鍍的基礎(chǔ)上,人們又研究和開發(fā)了化學(xué)多元鍍和化學(xué)復(fù)合鍍。在鍍液中加入各種金屬離子,使金屬離子和鎳離子、磷原子共沉積,形成多元合金鍍層,即化學(xué)多元鍍。如Ni-Cu-P、Ni-Mo-P、Ni-Sn-P、Ni-Co-P、Ni-Fe-P、Ni-W-P、Ni-Cr-P等。如果在鍍液中加入化合物等,則形成化學(xué)復(fù)合鍍,如Ni-P/Al2O3、Ni-P/SiC、Ni-P/TiN、Ni-P/PTFE(聚四氟乙烯)、Ni-P/金剛石等。1.4x射線衍射圖形鍍層表面形貌呈胞狀結(jié)構(gòu)(圖2所示),內(nèi)部結(jié)構(gòu)為非晶態(tài)。X射線衍射圖形如圖3,曲線為山丘饅頭狀,非尖峰,說明內(nèi)部原子排列不規(guī)范,為非晶態(tài)。如果是晶態(tài)結(jié)構(gòu)那么曲線應(yīng)該有尖峰。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的鍍層其耐蝕性極佳。2鍍層的耐磨性和摩擦系數(shù)化學(xué)鍍的應(yīng)用非常廣泛,由于化學(xué)鍍鎳的鍍層具有突出的特性,如良好的耐蝕性。經(jīng)試驗,雙層Ni-P鍍層的耐稀硫酸腐蝕的能力已超過不銹鋼,耐稀鹽酸腐蝕的能力已接近不銹鋼,大大超過了電鍍鉻,鍍層經(jīng)過400℃的熱處理其硬度上升到900~1000HV,因此耐磨性非常好。摩擦系數(shù)為0.28,比未鍍的摩擦系數(shù)下降5.6%。所以減摩性、電磁性良好等,在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。2.1抽油水泵的使用壽命在石油工業(yè)中,油田的工作條件十分惡劣,井下腐蝕介質(zhì)常有鹽水、CO2、H2S等,溫度在170~200℃,還拌有泥沙和其它雜質(zhì)的沖蝕磨損。抽油泵的壽命不超過6個月。經(jīng)過化學(xué)鍍鎳處理,抽油水泵的使用壽命可延長4a,效果明顯。其實石油設(shè)備很多都可以進行化學(xué)鍍處理,像管道、閥門等,并取得理想的效果。在化工工業(yè)中,要接觸大量腐蝕介質(zhì),化工管道、各種閥、反應(yīng)釜內(nèi)襯等零件極易腐蝕失效,這些設(shè)備化學(xué)鍍鎳處理后,大大延長了使用壽命。2.2解決模具粘銅問題采用化學(xué)鍍鎳強化模具,既能保證硬度和耐磨性,又能提高耐蝕性和降低摩擦系數(shù)。如黃銅零件拉深模,原用45鋼淬火+低溫回火來處理模具,結(jié)果發(fā)現(xiàn)粘銅嚴重,常常拉傷零件,還要修理模具。現(xiàn)在改用表面化學(xué)鍍鎳,在經(jīng)過熱處理后硬度可達1000HV,連續(xù)加工500件不修模,零件質(zhì)量明顯提高。在塑料模具中,由于接觸到含氯、氟等腐蝕性介質(zhì)。要求模具要耐腐蝕、表面要光潔,而化學(xué)鍍鎳正好能滿足這些要求,如果添加納米級硬相質(zhì)點,形成化學(xué)復(fù)合鍍,鍍層更加耐磨,效果更好。現(xiàn)在已經(jīng)成功應(yīng)用在模具上。2.3電磁屏蔽技術(shù)精密電子儀器設(shè)備要求能防電磁輻射干擾,液就是電子儀器內(nèi)外要有電磁干擾屏蔽罩。目前多用塑料外殼,但是塑料外殼的電磁干擾屏蔽能力不強。現(xiàn)在采用先在塑料外殼上進行化學(xué)鍍銅,然后再化學(xué)鍍鎳,這種雙金屬覆層被認為是最有效的電磁屏蔽方法。化學(xué)鍍應(yīng)用最廣泛的行業(yè)首推計算機工業(yè)。因為計算機硬盤必須經(jīng)過化學(xué)鍍鎳。首先由鋁鎂合金制成硬盤,然后表面進行化學(xué)鍍鎳,作為后續(xù)真空濺射磁記錄薄膜的底層。這是硬盤關(guān)鍵技術(shù)。該層要求非磁性,低應(yīng)力,表面光潔、均勻。所以硬盤化學(xué)鍍是典型的高技術(shù)代表。2.4化學(xué)鍍鎳方面的應(yīng)用機床導(dǎo)軌直接影響到機床的加工精度,導(dǎo)軌應(yīng)具備良好的導(dǎo)向精度、剛度和耐磨性。而提高耐磨性通常的方法是采用表面淬火,但最大的缺點是導(dǎo)軌變形大,硬度不均,還須要重磨,效果不好。現(xiàn)在采用化學(xué)鍍鎳來強化導(dǎo)軌,收到良好效果。施永輝等人試驗在銑床工作臺進行化學(xué)鍍鎳,表面硬度達51HRC,變形在0.01mm內(nèi),無須重磨,耐磨性、耐蝕性、外觀均不錯,值得推廣。在化學(xué)鍍鎳的基礎(chǔ)上,加入一些納米級的金屬氧化物或硬微粒(如金剛石),形成化學(xué)復(fù)合鍍。它是化學(xué)鍍鎳的發(fā)展方向,它進一步拓展化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用范圍。比如,加入聚四氟乙烯(PTFE),形成復(fù)合化學(xué)鍍Ni-P/PTFE,對機床齒輪進行化學(xué)鍍,使齒輪表面摩擦系數(shù)降至0.09。而加入其它物質(zhì)形成的復(fù)合鍍Ni-P/金剛石、Ni-P/Al2O3、Ni-P/SiC、Ni-P/NB、Ni-P/TiN等,使鍍層硬度大大提高。Taber耐磨試驗表明,Ni-P/金剛石鍍層的耐磨性最好,最適應(yīng)強化汽車行星齒輪軸等。基于優(yōu)良的耐磨性,在汽車上很多零件均可應(yīng)用化學(xué)鍍強化處理,如齒輪、噴油器、散熱器、汽化器、球頭螺栓等。2.5在化學(xué)鍍鎳過程中,其主軸密封面磨損明顯減少,出現(xiàn)研磨、磨損;在一般緩刑周期內(nèi)長航空航天工業(yè)也是化學(xué)鍍的應(yīng)用范圍,最典型的是飛機發(fā)動機葉輪。在葉輪片上鍍Ni-P合金鍍層,可以防止高溫燃氣燒蝕,服役期間其疲勞強度的降低比原來電鍍鉻少25%。還有噴氣發(fā)動機的主軸,過去經(jīng)過1000次運行后,直徑的磨損量達0.178mm就必須拆卸重修,后來經(jīng)過化學(xué)鍍鎳后,主軸密封面磨損明顯減少,經(jīng)過4000次運行周期后磨損才0.008mm。總之,化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用非常廣泛,凡是需要耐磨、耐蝕以及有特殊電磁性能要求的場合,都可以化學(xué)鍍鎳。像紡織工業(yè)、食品包裝工業(yè)、軍事工業(yè)等同樣也在大量化學(xué)鍍鎳。隨著化學(xué)鍍的不斷發(fā)展,現(xiàn)在人們又研究開發(fā)了多元化學(xué)鍍和化學(xué)復(fù)合鍍,這就更加拓展了化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用范圍。如在鍍液中加入PTFE,形成Ni-P/PTFE鍍層,提高了自潤滑特性,在齒輪中得到很好的應(yīng)用。再如多元化學(xué)鍍Ni-Cu-P,其耐蝕性能比Ni-P合金鍍層更好,應(yīng)用在防腐蝕性能上效果更好。釹鐵硼作為新型永磁材料,在電動車、揚聲器、個人電腦中有廣泛的應(yīng)用,但是其中成分釹占36%~38%,釹極為活潑,容易氧化,并與酸激烈反應(yīng),受到腐蝕。在釹鐵硼表面處理上鍍上Ni-Cu-P鍍層,明顯提高了表面的耐蝕能力。3化學(xué)化學(xué)鍍ni-cu-p(1)化學(xué)鍍工藝比較簡單,鍍層性能優(yōu)良,鍍液廢水對環(huán)境污染相對電鍍較小,是發(fā)展前景很好的表面處理技術(shù)。(2)在化學(xué)鍍鎳的基礎(chǔ)上,添加其它金屬元素,可形成多元化學(xué)鍍,如Ni-Cu-P化學(xué)鍍。如果添加納米化合物,則形成化學(xué)復(fù)合鍍,如Ni-P/金剛石。這些鍍層性能更加突出,應(yīng)用范圍更廣泛。(3)基于化學(xué)鍍層優(yōu)良的耐蝕性、耐