本文關鍵詞：化學鍍鎳技術及其工業(yè)應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 26卷第 4

期 重慶工商大學學報 (自然科學版) 2009年 8月

文章編號:1672 -058X(2009)04 -0399 -04

化學鍍鎳技術及其工業(yè)應用

廖西平 , 夏洪均

(重慶工商大學機械工程學院, 重慶 400067)

摘 要 :化學鍍鎳技術具有工藝比較簡單 ,鍍層性能優(yōu)良 , 是一種新興發(fā)展的表面處理技術, 由于化學 鍍鎳層硬度高,耐磨性能好 ,減摩系數(shù)低。鍍態(tài)結(jié)構為非晶態(tài), 耐腐蝕性極佳。廣泛應用在各種工業(yè)中 , 如 石油化工工業(yè)、機械模具工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)等。最突出的是應用在計算機硬盤鍍底層和各種化 工耐腐蝕閥門上。多元化學鍍鎳和化學復合鍍進一步提升和豐富了普通化學鍍鎳技術 ,使之應用范圍更加

廣泛。

關鍵詞 :化學鍍鎳 ;鍍層性能;工業(yè);應用

中圖分類號 :X703

文獻標志碼:A

1 化學鍍鎳基本技術

化學鍍鎳是利用還原鍍液中金屬離子沉積于金屬零件表面上的一種自催化反應過程。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 ～ 700 HV 。左右, 非 晶態(tài)結(jié)構,經(jīng)過熱處理后析出 Ni3P金屬化合物 ,硬度可上升到 1 000 HV左右。

化學鍍鎳分為酸性化學鍍、堿性化學鍍、多元化學鍍和化學復合鍍。最常見的是酸性化學鍍鎳。

1.1 化學鍍鎳配方

鍍液配方有許多種,主要組成為 :(1)主鹽:硫酸鎳 Ni2SO4, 25 ～ 27 g/L(以 1 L蒸餾水為準 );(2)還

原 劑 :次磷酸鈉 NaH2 PO2, 25 ～ 28 g/L;(3)緩沖劑 :乙酸鈉 NaAc, 20 ～ 22 g/L;(4)絡合劑 :乙酸 CH3COOH, 15 ～ 18 g/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 化學鍍鎳的工藝

化學鍍鎳工藝流程:堿性除油 ※酸洗除銹 ※弱酸活化 ※化 學鍍鎳 ※熱處理 ※鈍化處理。

化學鍍鎳過程如圖 1所示。

圖 1 化學鍍鎳實驗示意圖

施鍍溫度為 82 ～ 84 ℃, 鍍液 Ph=4.2 ～ 4.5, 時間在 1.5 h左

收稿日期:2009 -03 -20;修回日期:2009 -04 -20。

作者簡介:廖西平(1960 -), 男, 廣西鹿寨人, 高級實驗師, 從事金屬表面處理研究。

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重慶工商大學學報(自然科學版)

第 26卷

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

力 。 化學鍍層的各種性能已經(jīng)在文獻中[ 1]中詳細介紹。

1.3 化學多元鍍和化學復合鍍

在普通化學鍍的基礎上 ,人們又研究和開發(fā)了化學多元鍍和化學復合鍍。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 ,則形成化學復合鍍, 如 Ni-P/Al2O3、Ni-P/SiC、Ni-P/TiN、Ni-

P/PTFE(聚四 氟乙烯 )、Ni-P/金剛石等。

1.4 Ni-P合金鍍層結(jié)構和形貌

鍍層表面形貌呈胞狀結(jié)構 (圖 2 所示), 內(nèi)部結(jié)構為非晶

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)構那么曲線應

該有尖峰。非晶態(tài)結(jié)構的鍍層其耐蝕性極佳 。

[1]

圖 2 鍍層胞狀形貌特征

2 化學鍍鎳在工業(yè)中的應用

化學鍍的應用非常廣泛 ,由于化學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

[2]

[2]

到 900 ～ 1 000 HV,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)中得到廣泛的應用。 2.1 石油化工工業(yè)

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、H2 S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 鍍鎳處理,抽油水泵的使用壽命可延長 4 a , 效果明顯。其 實石油設備很多都可以進行化學鍍處理 ,像管道、閥門等, 并

[3]

取得理想的效果 。

[5]

[4]

圖 3 酸性 26鍍態(tài)鍍層(P% =9.87)

#

在化工工業(yè)中,要接觸大量腐蝕介質(zhì) ,化工管道、各種閥、 反應釜內(nèi)襯等零件極

易腐蝕失效,這些設備化學鍍鎳處理后 ,大大延長了使用壽命 。 2.2 模具工業(yè)

采用化學鍍鎳強化模具,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�，F(xiàn)在改用表 面化學鍍鎳 ,在經(jīng)過熱處理后硬度可達 1 000 HV,連續(xù)加工 500件不修模 ,零件質(zhì)量明顯提高

[6]

。

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 , 形成化學復合鍍, 鍍層更加耐磨 , 效果更好�，F(xiàn)在已經(jīng)成功應 用在模具上 。

[7]

第 3期 廖西平, 等:化學鍍鎳技術及其工業(yè)應用

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2.3 電子計算機工業(yè)

精密電子儀器設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�，F(xiàn)在采用先在塑料外殼上進行化學鍍銅, 然后再化學鍍鎳 , 這種雙金屬覆層被認為是最有效的電磁屏蔽方法 。

[7]

化學鍍應用最廣泛的行業(yè)首推計算機工業(yè)。因為計算機硬盤必須經(jīng)過化學鍍鎳。首先由鋁鎂合金制

成硬盤 ,然后表面進行化學鍍鎳 ,作為后續(xù)真空濺射磁記錄薄膜的底層。這是硬盤關鍵技術。該層要求非 磁性, 低應力 ,表面光潔、均勻。所以硬盤化學鍍是典型的高技術代表。

2.4 機械汽車工業(yè)

機床導軌直接影響到機床的加工精度, 導軌應具備良好的導向精度、剛度和耐磨性。而提高耐磨性通

常的方法是采用表面淬火 ,但最大的缺點是導軌變形大, 硬度不均, 還須要重磨 , 效果不好�，F(xiàn)在采用化學 鍍鎳來強化導軌 ,收到良好效果。施永輝等人試驗在銑床工作臺進行化學鍍鎳, 表面硬度達 51 HRC, 變形在 0.01 mm內(nèi) ,無須重磨 ,耐磨性、耐蝕性、外觀均不錯 ,值得推廣 。

[8]

在化學鍍鎳的基礎上 ,加入一些納米級的金屬氧化物或硬微粒 (如金剛石), 形成化學復合鍍。它是化

[9]

學鍍鎳的發(fā)展方向,它進一步拓展化學鍍鎳的應用范圍。比如, 加入聚四氟乙烯 (PTFE),形成復合化學鍍 Ni-P/PTFE, 對機床齒輪進行化學鍍, 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用化學鍍強化處理, 如齒輪、噴油器、散熱器、汽化

[10]

[9]

器、球 頭螺栓等 。

2.5 航空航天工業(yè)

航空航天工業(yè)也是化學鍍的應用范圍 ,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,

[10]

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% 密封面磨損明 顯減少 ,經(jīng)過 4 000次運行周期后磨損才 0.008 mm

[10]

。還有噴氣發(fā)動機的主

軸, 過去 經(jīng)過 1 000次運行后, 直徑的磨損量達 0.178 mm就必須拆卸重修 ,后來經(jīng)過化學鍍鎳后,主軸

。

。

[8]

總之,化學鍍鎳的應用非常廣泛 ,凡是需要耐磨、耐蝕以及有特殊電磁性能要求的場合 ,都可以化學鍍

[11-13]

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鍍鎳

隨著化學鍍的不斷發(fā)展,現(xiàn)在人們又研究開發(fā)了多元化學鍍和化學復合鍍,這就更加拓展了化學鍍鎳的應 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用 。再如 多元化學鍍 Ni-Cu-P,其耐蝕性能比 Ni-P合金鍍層更好,應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,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 。

[14]

3 結(jié) 語

(1)化學鍍工藝比較簡單 ,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。

(2)在化學鍍鎳的基礎上 ,添加其它金屬元素 , 可形成多元化學鍍, 如 Ni-Cu-P化學鍍。如果添加納米 化合物 ,則形成化學復合鍍 ,如 Ni-P/金剛石。這些鍍層性能更加突出, 應用范圍更廣泛。

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