钢铁的化学镀镍磷

钢铁的化学镀镍磷

金属1002 陈浩 3100702039

摘要：本文简要介绍了钢铁化学镀镍磷的原理与工艺流程，简述了镀层的性能及技术指标，随之分析了影响镀层性能的主要因素，并据此给出了工艺中的除锈配方和镀液配方，最后对试验参数进行了测定与比较，得出了一定的结论。

关键词：化学镀镀镍磷表面强化耐磨耐腐蚀性

一．前言

化学镀镍磷工艺是近年来迅速发展起来的一种新型表面保护和表面强化技术手段，具有广泛的应用前景。目前化学镀镍磷合金已广泛地应用在石油化工、石油炼制、电子能源、汽车、化工等行业。石油炼制和石油化工是其最大的市场，并且随着人们对这一化学镀特性的认识，它的应用也越来越广泛，主要用在石油炼制、石油化工的冷换设备上，化学镀镍磷能够显著提高设备的耐磨、耐蚀性能，延长其寿命，性能优于目前使用的有机涂料，而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材。

二．实验原理

化学镀镍磷合金是一种在不加电流的情况下，利用还原剂在活化零件表面上自催化还原沉积得到镍磷镀层的方法。其主要反应为应用次亚磷酸钠还原镍离子为金属镍，即在水溶液中镍离子和次亚磷酸根离子碰撞时，由于镍触媒作用析出原子态氢，而原子态氢又被催化金属吸附并使之活化，把水溶液中的镍离子还原为金属镍形成镀层，另外次亚磷酸根离子由于在催化表面析出原子态氢的作用，被还原成活性磷，与镍结合形成Ni-P合金镀层。

以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍磷工艺，其反应机理，现普遍被接受的是“原子氢态理论”和“氢化物理论”。下面介绍“原子氢态理论”，其过程可分为以下四步：

1、化学沉积镍磷合金镀液加热时不起反应，而是通过金属的催化作用，次亚磷酸根在水溶液中脱氢而形成亚磷酸根，同时放出初生态原子氢。

H 2PO

2

-+H

2

O→HPO

3

-+2H+H-

2、初生态原子氢被吸附在催化金属表面上而使其活化，使镀液中的镍阳离子还原，在催化金属表面上沉积金属镍。

Ni2++2H→Ni+2H+

3、在催化金属表面上的初生态原子氢使次亚磷酸根还原成磷。同时，由于催化作用使次亚磷酸根分解，形成亚磷酸根和分子态氢。

H 2PO

2

-+H→H

2

O+OH-+P

2H→H

2

↑

4、镍原子和磷原子共沉积，并形成镍磷合金层。

3P+Ni→NiP

3 三．实验配方及过程

化学镀镍磷

①活化处理

盐酸

l 2％

缓蚀剂A(大连大学机械系)

5％

添加剂B(大连大学机械系)

2％

工艺条件：活化时间45—60s，镀层结合力>100N。

②化学镀镍磷

七水硫酸镍

22．0～32．0(30．0)g ／L

次亚磷酸钠

25．0～30．0(25．0)g ／L

三水乙酸钠

10．0～15．0(15．0)g ／L

一水柠檬酸

10．0～15．0(10．0)g ／L

金属盐(Pb2+，稳0．5～1．5(0．5)mg

定剂) ／L

工艺条件：温度88℃(83～90℃)，pH值4．6—4．9(4．4—5．2)，溶液装载量ldm2／L，施镀时间1—4h(3h)。

③钝化封孔

重铬酸钾5％

添加剂A(大连大学机械系)

10％一20％

整个工艺流程为：除油(超声波+热碱液)→水洗→除锈→冲洗→酸洗活化→热水冲洗→施镀→清洗→钝化(封孔)→清洗→干燥→检验→储存。

HT200材料经45～60s的活化处理，可获得较大的镀层结合力(>100N)；采用本镀液可获得表面平整致密、成分分布均匀、胞状组织细小的镀层，镀液寿命较长，达l0个使用周期；对镀层进行镀后封孔处理(常温，12h)，消除孔洞、微裂纹，使镀层耐蚀性得到较大提高，试件在5％中性盐雾中出现红锈的时间为730h，比未经封孔处理的试件出现红锈的时间延长了3倍。

本工艺应用于制冷用工业气体压缩机壳体工作腔内表面的防腐处理，生成的镀层具有厚度均匀、结合牢固、硬度较高、耐磨和抗腐蚀性较好等特点。

四、实验注意事项

1.工序不可颠倒，且要连贯，工序间不宜停留太长时间；

2.在配置过程中一定要进行搅拌；

3.在进行pH值调整时除了应在剧烈搅拌下进行外，药品的加入还应缓慢少

量；

4.要在所需溶液全部配完后开始第一步化学除油处理，且在活化之后要迅速将工件放入镀液中，以免被氧化。

五、试验样品的参数测定及分析

将镀后试样经冷水洗后滴上酒精溶液，吹干，检测性能。

1.表面形貌观察

利用金相显微镜对有无镀后处理的试样进行表面形貌观察，并拍摄显微照片。无镀后处理镀层微观图像：

热处理后镀层微观图像：

2.镀层厚度测定

锯开→镶嵌→砂轮磨→砂纸磨→抛光→腐蚀（3%硝酸酒精溶液）→酒精洗→烘干→金相显微镜观察→测镀层厚度→拍照片

图2 化学镀镍磷合金厚度显微图像（100×）镀层厚度为：0.013×1.5=0.0195mm

3.镀层硬度检测

利用显微硬度仪在0.98N的压力下测量硬度。其结果为：

条件镀后直接测量

热处理后

200℃保温2

小时，空冷至

手可触

300℃保温2

小时，空冷至

手可触

400℃保温2

小时，空冷至

手可触

测量值（HV）400 442 626 870

分析：经热处理后，硬度有明显提高。这是因为经高温热处理后，镀层表面发生晶化，形成了硬度较高的镍磷合金，从而提高了镀层的硬度。

六、实验结论

工件通过化学镀镍磷，硬度有了显著提高，耐磨性、耐腐蚀性得到改善，同时由于镍具有良好的防腐蚀性能，可知钢铁的耐腐蚀性进一步提高。

实验过程中，各步骤都必须严格精确的执行，包括工艺流程的安排、配方中药品的称量、镀液的制作、加热的温度以及时间等等。否则会影响到实验的结果，对我们做出正确的判断以及结论会造成不良的影响。