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化學(xué)鍍鎳層的優(yōu)異點(diǎn)及其在工業(yè)上的應(yīng)用

放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2011-08-16??瀏覽次數(shù):274 ??關(guān)注:加關(guān)注
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化學(xué)鍍(Chemical plating),又稱為無(wú)電解鍍(Electro less plating)。因?yàn)樵诠ぜ╁兊倪^(guò)程中,雖說(shuō)有電子轉(zhuǎn)移,但無(wú)須外接電源,工件表面鍍層完全是靠化學(xué)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。

化學(xué)鍍的生命是比較年輕的,比起傳統(tǒng)的電鍍要年輕100多歲,直到20世紀(jì)70年代后期才逐步被我國(guó)所認(rèn)識(shí)和重視。1975年開始出版了有關(guān)科學(xué)書籍,1992年全國(guó)召開了首屆化學(xué)鍍鎳會(huì)議,其后每?jī)赡暾匍_一屆,從此在我國(guó)揭開了化學(xué)鍍鎳技術(shù)的新篇章。

化學(xué)鍍的發(fā)展歷史主要還是化學(xué)鍍鎳的發(fā)展史。因?yàn)榛瘜W(xué)鍍鎳技術(shù)研究得比較早,技術(shù)比較成熟,而且應(yīng)用比較廣泛。目前世界上應(yīng)用得最好和最廣泛的國(guó)家,要算美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、意大利、西班牙、瑞士等國(guó)家,尤其是美國(guó),她基本摒棄了傳統(tǒng)的電鍍工藝,取而代之的是全國(guó)大約900多家化學(xué)鍍鎳工廠,廣泛服務(wù)于計(jì)算機(jī)、電子、閥門、航天、汽車、食品、化工、機(jī)械、紡織、鋼鐵等多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè),且逐步全方位的滲透到社會(huì)的方方面面。

化學(xué)鍍鎳所獲得的鍍鎳層,由于自身的突出特點(diǎn)和優(yōu)異性能,越來(lái)越被廣大用戶認(rèn)同和接受。它的最突出的特點(diǎn)是鍍層具有高耐蝕性、高耐磨性及高均勻,即三高特性。化學(xué)鍍鎳層多半是以鎳磷、鎳硼為基礎(chǔ)的多元合金鍍層和復(fù)合鍍層,鎳磷合金鍍層占有絕大多數(shù),化學(xué)沉積的鎳-磷鍍層隨著磷的含量的增加,其組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,是由極細(xì)小的晶體變成微晶(尺寸約為5納米,電鍍鎳的晶粒尺寸約為100納米),最后變成為完全的非晶體(類似液體的原子無(wú)序排列)。正是這種非晶態(tài)結(jié)構(gòu)(不是唯一,但是最重要的一點(diǎn)。),由于沒(méi)有晶界、位錯(cuò)及成分偏析等現(xiàn)象,使之在腐蝕介質(zhì)中不太容易形成腐蝕微電池,從而在耐化學(xué)腐蝕、耐氣體腐蝕以及耐色變性方面表現(xiàn)極其優(yōu)異。

例如:在5%HCl溶液中,含磷量10.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層,其耐蝕性比1Cr18Ni9Ti不銹鋼高出10倍;在10% HCl溶液中,則要高出20倍以上。即使在氣相或液相H2S介質(zhì)中,鎳磷合金鍍層的腐蝕速率均比1Cr18Ni9Ti不銹鋼要低。當(dāng)鍍層中磷的含量較高時(shí)可以達(dá)到基本無(wú)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

化學(xué)鍍鎳層在大氣條件下的耐蝕性和耐色變性都優(yōu)于電鍍鎳層。電鍍鎳層表面即使在城郊的大氣環(huán)境中,僅隔幾天就會(huì)變成灰色;而鎳磷化學(xué)鍍層表面,其外觀可以長(zhǎng)期保持不變。若在化學(xué)鍍后,進(jìn)行鈍化處理或用有機(jī)涂層進(jìn)行封閉處理,其抗色變性能將更加卓越。

耐磨性是一個(gè)系統(tǒng)性,而不是材料的固有屬性,是材料處于系統(tǒng)中在一定磨擦條件下,表現(xiàn)出來(lái)的對(duì)抗磨損的能力。一般而言,硬度越高的材料其耐磨性越高。由于鎳磷鍍層有比較高的硬度(鍍態(tài)硬度可達(dá)HV400~600,電鍍鎳僅為HV160~180),還可以通過(guò)熱處理進(jìn)一步提高(可達(dá)HV1000以上),因此Ni-P鍍層是比較理想的耐磨鍍層,尤其是低磷鍍層更具有優(yōu)良的耐磨性。

鍍層的高均勻性,也是化學(xué)鍍的突出優(yōu)點(diǎn)之一。在電鍍工藝中,由于被鍍工件的幾何形狀復(fù)雜及多樣性,從而造成電流密度分布不均勻,還會(huì)造成均鍍能力和深度能力出現(xiàn)差異等現(xiàn)象,從而使工件表面鍍層厚度相差較大,少則幾個(gè)微米(有輔助陽(yáng)極時(shí)),多則十幾個(gè)甚至幾十個(gè)微米。要知道,鍍層厚度的均勻性對(duì)構(gòu)件的配合精度以及零件自身的耐腐蝕性影響極大。化學(xué)鍍是利用還原劑以自催化反應(yīng)在工件表面得到鍍層,不受外加電流的影響,不管工件形狀如何復(fù)雜,只要表面完全被鍍液所浸沒(méi),且讓氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氣有自由流動(dòng)排出的空間,則再?gòu)?fù)雜的工件(如深孔、溝槽、曲面、螺旋、甚至盲孔等)都可以獲得厚度均勻的鍍層。

用“面面俱到”、“無(wú)微不至”等成語(yǔ)來(lái)形容這種膜厚的均勻性,真是恰如其分、恰到好處。有的用戶,正是利用化學(xué)鍍這種獨(dú)有特性,將有精密配合要求的零件配合公差尺寸,設(shè)計(jì)好后通過(guò)化學(xué)鍍鎳工藝控制鍍層厚度來(lái)實(shí)現(xiàn),從而減少了精細(xì)加工工序,既降低了成本,又提高了工效,真是太秒了!這在工模夾具制造、閥門制造、精密機(jī)械制造等行業(yè)中應(yīng)用例子不少。

化學(xué)鍍層的厚度選擇十分重要,因?yàn)樗c產(chǎn)品零件的耐蝕性、耐磨性、抗色變性等關(guān)系十分密切。化學(xué)鍍層的孔隙率對(duì)產(chǎn)品零件的耐蝕性起著決定的因素,而且孔隙率的高低是隨著鍍層厚度的增加而減少的(見(jiàn)右圖)。一般酸性化學(xué)鍍鍍層厚度大于7um時(shí),其孔隙率與電鍍鎳15um鍍層厚度的孔隙率差不多。若化學(xué)鍍鎳層厚度達(dá)到15um時(shí),其鍍層的孔隙率基本上消失,當(dāng)然鍍層基體的粗糙度要低。零件的粗糙度與鍍層厚度的關(guān)系大致為:粗糙度Ra=0.40um以下時(shí),其鍍層厚度需在5~7um較合適,若粗糙度Ra=0.80~1.6um時(shí),則鍍層厚度要達(dá)到8~10um較恰當(dāng),若粗糙度Ra=3.2~6.3um時(shí),則鍍層厚度要達(dá)到12~20um較好。

當(dāng)然鍍層厚度的選擇,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的使用環(huán)境、工作介質(zhì)、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和負(fù)荷情況等條件綜合考慮。這樣才能充分發(fā)揮鍍層厚度的功效,確保產(chǎn)品的可靠性和壽命要求。

化學(xué)鍍鎳在我國(guó)經(jīng)過(guò)20多年的推廣和應(yīng)用,該項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越成熟,應(yīng)用越來(lái)越廣泛,使用效果越來(lái)越好。隨著鍍液穩(wěn)定劑研究不斷取得進(jìn)展,以及鍍液壽命的不斷提高,可以說(shuō)化學(xué)鍍鎳已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展成熟期。可以預(yù)言,21世紀(jì)化學(xué)鍍鎳技術(shù)將會(huì)全面普及到所有工業(yè)部門及行業(yè),將會(huì)被越來(lái)越多的有識(shí)之士認(rèn)同和接受,成為一種新型的并具有強(qiáng)大生命力的表面處理技術(shù)。

 

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