钢的化学镀镍磷.doc

钢的化学镀镍磷 DC 金属 3090****** 材料科学与工程学院 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，由此论证了化学镀镍磷的重要作用和这一工艺对钢铁性能改进的重要影响。 关键词：原子氢态理论 镀层 工艺 热处理 参数测定 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[1]。 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。 H2PO2-+H2O→HPO3-+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。 H2PO2-+H→H2O+OH-+P 2H→H2↑ 4、镍原子和磷原子共沉积，并形成镍磷合金层。 3P+Ni→NiP3 镀层的特性及技术指标[2] 1.镀层均匀性好 非晶态Ni-P合金镀层是通过化学沉积的方法获得，凡是镀液能浸到的部位，任何形态复杂的零件，都得到均匀的镀层。不需外加电流，是非晶态均一单相组织，不存在晶界位错，也无化学成份偏析，且避免了电镀形成的边角效应等缺陷。另外，还具有较高的光洁度。 2.镀层附着力好 镀层在钢体上产生压应力（4MPa）而镀层与钢的热膨胀系数相当，所以具有优良的附着力，一般为300-400MPa。 3.镀层硬度高，抗磨性能优良 镀层具有高硬度，低韧性和较低热导率、电导率，它的抗拉强度超过700MPa，与很多合金钢相似，镀层硬度和延伸率都超过了电镀铬，弯曲无裂纹，但不适合反复弯折和拉抻等剧烈变形的部件，经热处理硬度可达HV1100，但在320℃时开始发生晶型转变，耐磨性能增强，耐蚀性能减弱。 4.优良的抗腐蚀性能 由于镀层属非晶态不存在晶界、位错等晶体缺陷，是单一均匀组织，不易形成电偶腐蚀，决定其有较高的耐蚀性，镍—磷镀层均匀性好，拉应力小，致密性好，为防腐蚀提供了理想的阻挡层。在碱、盐、高温油测、有机介质和溶剂、酸性气体中有抗蚀能力，对还原酸（盐酸）有良好的抗蚀能力。 三、镀层性能的影响因素 化学镀工艺中前处理及镀液中各成分对镀层性能影响很大,比如前处理中镀前试样除锈方法不同、抛光与否都使镀层的耐蚀性能存在差异。在这里主要讨论镀液中各组分对镀层性能的影响。化学镀镍溶液的成分包括镍盐、还原剂、络合剂、稳定剂、其他添加剂等。 （1）镍盐 镍盐是镀液主盐，一般使用硫酸镍，其次是氯化镍。镍盐浓度高，镍液沉积速度快，但稳定性下降。另外，镀液中镍盐含量决定了所需次磷酸盐和络合剂的量 （2）还原剂 化学镀镍的反应过程是一个自催化的氧化–还原过程，次磷酸钠以其价格较低,控制容易,镀层抗蚀性能好等特点,而成为应用最广泛的还原剂。次磷酸钠作为还原剂通过催化脱氢，提供活泼的氢原子，把镍离子还原成金属，同时使镀层中含有磷的成分。次磷酸铵的用量主要取决于镍盐浓度，镍与次磷酸钠的物质的量之比为0.3～0.45。随着次磷酸钠含量的增加，镀层沉积速度增大，镀层中磷含量也随之增加，但镀液的稳定性下降。 （3）络合剂 化学镀镍液中广泛应用次磷酸盐,在化学镀进行时,由于溶液中亚磷酸离子积累,与游离镍离子结合生成亚磷酸镍沉淀,为防止它的生成,需要加入适当的络合剂生成镍的络离子来降低游离镍离子浓度。不同络合剂对镀层沉积速度、表面形貌、磷含量、