本文關(guān)鍵詞：化學(xué)鍍鎳技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)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(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版) 2009年 8月

文章編號(hào):1672 -058X(2009)04 -0399 -04

化學(xué)鍍鎳技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用

廖西平 , 夏洪均

(重慶工商大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 重慶 400067)

摘 要 :化學(xué)鍍鎳技術(shù)具有工藝比較簡(jiǎn)單 ,鍍層性能優(yōu)良 , 是一種新興發(fā)展的表面處理技術(shù), 由于化學(xué) 鍍鎳層硬度高,耐磨性能好 ,減摩系數(shù)低。鍍態(tài)結(jié)構(gòu)為非晶態(tài), 耐腐蝕性極佳。廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)中 , 如 石油化工工業(yè)、機(jī)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(yīng)用在計(jì)算機(jī)硬盤鍍底層和各種化 工耐腐蝕閥門上。多元化學(xué)鍍鎳和化學(xué)復(fù)合鍍進(jìn)一步提升和豐富了普通化學(xué)鍍鎳技術(shù) ,使之應(yīng)用范圍更加

廣泛。

關(guān)鍵詞 :化學(xué)鍍鎳 ;鍍層性能;工業(yè);應(yīng)用

中圖分類號(hào) :X703

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

1 化學(xué)鍍鎳基本技術(shù)

化學(xué)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(yīng)過(guò)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(gòu),經(jīng)過(guò)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(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(jiàn)的是酸性化學(xué)鍍鎳。

1.1 化學(xué)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(zhǔn) );(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(luò)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(shí)不停地?cái)嚢桢円骸?/p>

1.2 化學(xué)鍍鎳的工藝

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(guò)程如圖 1所示。

圖 1 化學(xué)鍍鎳實(shí)驗(yàn)示意圖

施鍍溫度為 82 ～ 84 ℃, 鍍液 Ph=4.2 ～ 4.5, 時(shí)間在 1.5 h左

收稿日期:2009 -03 -20;修回日期:2009 -04 -20。

作者簡(jiǎn)介:廖西平(1960 -), 男, 廣西鹿寨人, 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師, 從事金屬表面處理研究。

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重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(yīng)

力 。 化學(xué)鍍層的各種性能已經(jīng)在文獻(xiàn)中[ 1]中詳細(xì)介紹。

1.3 化學(xué)多元鍍和化學(xué)復(fù)合鍍

在普通化學(xué)鍍的基礎(chǔ)上 ,人們又研究和開(kāi)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。

1.4 Ni-P合金鍍層結(jié)構(gòu)和形貌

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(shuō)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 。

[1]

圖 2 鍍層胞狀形貌特征

2 化學(xué)鍍鎳在工業(yè)中的應(yīng)用

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(yàn) ,雙層 Ni-P鍍層的耐稀硫酸腐 蝕的能力已超過(guò)不銹鋼 , 耐稀鹽酸腐蝕的能力已接近不銹鋼, 大大超過(guò)了電鍍鉻 ,鍍層經(jīng)過(guò) 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(yīng)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(guò) 6個(gè)月。經(jīng)過(guò)化學(xué) 鍍鎳處理,抽油水泵的使用壽命可延長(zhǎng) 4 a , 效果明顯。其 實(shí)石油設(shè)備很多都可以進(jìn)行化學(xué)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(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(zhǎng)了使用壽命 。 2.2 模具工業(yè)

采用化學(xué)鍍鎳強(qiáng)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(lái)處理模具 ,結(jié)果發(fā)現(xiàn)粘銅嚴(yán)重 ,常常拉傷零件, 還要修理模具�，F(xiàn)在改用表 面化學(xué)鍍鎳 ,在經(jīng)過(guò)熱處理后硬度可達(dá) 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(xué)鍍鎳正好

能滿足這些要求 ,如果添加納米級(jí)硬相質(zhì)點(diǎn) , 形成化學(xué)復(fù)合鍍, 鍍層更加耐磨 , 效果更好�，F(xiàn)在已經(jīng)成功應(yīng) 用在模具上 。

[7]

第 3期 廖西平, 等:化學(xué)鍍鎳技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用

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2.3 電子計(jì)算機(jī)工業(yè)

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(qiáng)。現(xiàn)在采用先在塑料外殼上進(jìn)行化學(xué)鍍銅, 然后再化學(xué)鍍鎳 , 這種雙金屬覆層被認(rèn)為是最有效的電磁屏蔽方法 。

[7]

化學(xué)鍍應(yīng)用最廣泛的行業(yè)首推計(jì)算機(jī)工業(yè)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)硬盤必須經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳。首先由鋁鎂合金制

成硬盤 ,然后表面進(jìn)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 機(jī)械汽車工業(yè)

機(jī)床導(dǎo)軌直接影響到機(jī)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(diǎn)是導(dǎo)軌變形大, 硬度不均, 還須要重磨 , 效果不好�，F(xiàn)在采用化學(xué) 鍍鎳來(lái)強(qiáng)化導(dǎo)軌 ,收到良好效果。施永輝等人試驗(yàn)在銑床工作臺(tái)進(jìn)行化學(xué)鍍鎳, 表面硬度達(dá) 51 HRC, 變形在 0.01 mm內(nèi) ,無(wú)須重磨 ,耐磨性、耐蝕性、外觀均不錯(cuò) ,值得推廣 。

[8]

在化學(xué)鍍鎳的基礎(chǔ)上 ,加入一些納米級(jí)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

[9]

學(xué)鍍鎳的發(fā)展方向,它進(jìn)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(duì)機(jī)床齒輪進(jìn)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(yàn)表明 , Ni-P/金剛石鍍層的耐磨性最好,最適應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(xué)鍍的應(yīng)用范圍 ,最典型的是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪。在葉輪片上鍍 Ni-P合金鍍層,

[10]

可 以防止高溫燃?xì)鉄g ,服役期間其疲勞強(qiáng)度的降低比原來(lái)電鍍鉻少 25% 密封面磨損明 顯減少 ,經(jīng)過(guò) 4 000次運(yùn)行周期后磨損才 0.008 mm

[10]

。還有噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的主

軸, 過(guò)去 經(jīng)過(guò) 1 000次運(yùn)行后, 直徑的磨損量達(dá) 0.178 mm就必須拆卸重修 ,后來(lái)經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳后,主軸

。

。

[8]

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(chǎng)合 ,都可以化學(xué)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(xué)鍍鎳

隨著化學(xué)鍍的不斷發(fā)展,現(xiàn)在人們又研究開(kāi)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(rùn)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(dòng)車、揚(yáng)聲器、個(gè)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 。

[14]

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)化學(xué)鍍工藝比較簡(jiǎn)單 ,鍍層性能優(yōu)良 ,鍍液廢水對(duì)環(huán)境污染相對(duì)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。

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