中高碳钢化学镀镍层结合力的研究.doc

中高 中高碳钢化学镀镍层结合力的研究 翟金山 张建玲 王亚军 (新疆独山子炼建公司化学镀厂) (新疆独山子炼建公司) 摘要镀层与基体的结合力是检验镀层质量的重要指标之一。镀层的结合力与基体及 镀液本身有密切关系。中高碳钢由于基体含碳量较高，在化学镀镍过程中容易造成结合力 不好，特别是当镀液老化时镀层的结合力更不易保证。所以本文主要针对中高碳钢的化学 镀工艺进行研究，从各方面对其进行结合力的实验并结合实践经验，从中探讨影响镀层结 台力的因素及解决办法。 关键词结合力内应力 1前言 化学镍磷镀技术在工业中的应用除了防腐以外耐磨也是一种重要的应用场台，如目前 我厂所涉及的需施镀工件有各种轴类零件、油田泵筒、井下工具等都要求耐磨并且需要～ 定的防腐性能。以上这些工件基体材质一般为45。钢、40Cr或其它一些高强度钢，这些钢 种含碳量都较高，在施镀过程中容易出现镀层起皮的现象。为此我们进行了多方面的试验 研究工作，分析镀层结合力的影响因素及探讨解决办法。 2镀层内应力的影响 2．1镀层内应力产生的原因： 化学镀镍过程是一个很复杂的过程，包含着化学、电化学等反应过程，因此不可避免 地产生镀层的内应力。一般认为镀层内应力的产生与以下两个因素有关：(1)基体金属与镀 层间结晶的匹配性；(2)晶体生长过程中原子的结合形式。具体得说镀层内应力与基体材质、 ≮ ‘、 ’”≮ ，潜“f l』 |I 图一l镀层为张应力 图一2镀层为压赢力 基体 基体表面处理方式、镀层中杂质、镀层化学成分、镀层组织结构等等多方面有关系。镀层 内应力分张应力和压应力，通过挂片施镀后对其进行弯曲试验就可大致判断出镀层是否有 内应力及内应力的种类：图一1镀层为张应力，图一2镀层为压应力。在施镀过程中镀液寿命 前期多表现为压应力，后期多表现为张应力。 2．2镀层内应力对镀层结合力的影响： 由于锾层内应力的存在，使得镀层与基体无法形成有机的整体。另外在镀层工作过程 中所受的外应力有拉、压应力周期变化的，还有非周期变化的，因此镀层内应力的存在严 重影响镀层的疲劳强度，从而导致镀层过早的脱落。 2 3解决方法： 2．3 i通过热处理消除镀层内应力：一般耐磨镀层都需要在400℃的热处理工艺，在升温过 程中200℃温度范围内停留2小时以上即可基本上消除镀层内应力。图一3为镀层退火温度 对镀层内应力的影响情况。 ——一一——鬯：!望墨堡垦翌塑墨塑壁塑塑墅堕 ] 2 3．2通过施镀工艺提高镀层结合力： 磷原子直径比镍原子直径要小，当磷原子挤进镍形成置换晶格时，因晶格收缩而产生 张应力，但当磷含量增加晶格排列被打乱后，张应力会减小，而压应力会增加。另外随着 磷含量的增加．镀层由晶态转变为非晶态结构，晶界减少，从而减少因晶格扭曲、晶界位 错、杂质等引起的镀层应力。在生产过程中通过工艺手段提高镀层底层的磷含量，以保证 镀层的结合力，施镀过程中后期降低镀层的磷含量以保证镀层的硬度。 3基体表面状态对镀层结合力的影响： 化学镀镍镀层中镍原子是与碳钢基体中铁原子以金属键形式结合，同时包含一定的物 理化学沉积过程，其中金属键的多少对镀层结合力的影响至关重要。中高碳钢基体表面含 碳量较高，特别是经过了活化过程后基体表面含碳量将进一步提高，所以在施镀过程中镀 层结合面的镍一铁原子金属键减少，镀层结合力下降。对于此类情况，在生产过程中特别注 意活化这一工序：活化过程中采取高浓度酸短时间活化工艺，再配合高压水射流等物理手 段清理工件表面的积碳层，之后再进行一次更短时间的活化工序。通过以上手段镀层结合 力将有效的提高，但要注意物理处理过程时间要尽量缩短。 4镀 4镀液老化对镀层结合力的影响 镀液在长时间工作后，镀液中杂质含量提高，随之造成镀层中镍磷以外的组分及杂质 增加，导致镀层发脆，受到外力镀层容易脱落。原因主要是由于镀层组织中杂质元素的介 入，造成晶界位错、挤压，产生镀层内应力，且多表现为张应力。此时应及时调整镀液， 增加补加液中稳定剂含量，并加强镀液循环过滤，若调整镀液仍无法改善镀层结合力情况 时应及时报废镀液，重新开槽施镀。 5结论 通过实验室实验及实际生产过程验证，得出如下结论 5 1镀层内应力及基体表面处理情况影响镀层的结合力； 5．2通过退火处理或施镀工艺调整可以改善镀层的结合力 5 3镀液老化对镀层结合力有影响。 参考文献： 1、《表面技术》第30卷第1期P6李吉学等兵器工业防腐包装情报网五九研究所期刊社 出版。 2、《电镀与环保》第22卷第l期Pl高加强等《电镀与环保》编辑部编辑出版。 3、《化学镀镍》沃尔夫冈．里德尔著，罗守福译，国防工业出版社出版，1996。