【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 地改善了鍍層的性能。進(jìn)一步擴(kuò) 大了化學(xué)鍍鎳合金的應(yīng)用范圍。該鍍層是在 化 學(xué)鍍 鎳 磷合金鍍 液中添加鎢酸鹽 和一定工藝條件下 獲 得的 [5]。 20 世紀(jì) 90 年代，復(fù)合鍍技術(shù)為復(fù)合材料的制造和廣泛應(yīng)用提供了絕好的機(jī)會(huì)，化學(xué)復(fù)合鍍?cè)趶?fù)合材料制備工藝中具有很大的優(yōu)勢(shì)。利用化學(xué)鍍鎳方法， 可制備出一系列性能廣泛變化的復(fù)合鍍層。在工程應(yīng)用上對(duì)耐磨性要求極高，為此，化學(xué)鍍鎳復(fù)合鍍層的開(kāi)發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。 復(fù)合化學(xué)鍍鎳是在化學(xué)鍍鎳的溶液中加入不溶性微粒，使之與鎳磷合金共沉積從而獲得各種不同物理化學(xué)性質(zhì)鍍層的一種工藝。由于加入的粒子比表面積很大 ，鍍液的裝載量遠(yuǎn)遠(yuǎn) 要大于正常情 況下 。因此復(fù)合化學(xué)鍍首先應(yīng)解決的 問(wèn)題 是鍍液的穩(wěn)定性，其次是依據(jù)使用目的的具體要求來(lái)選擇微粒的種類、尺寸、用量，在操作時(shí)要保證粒子與鍍層之間的結(jié)合力，并控制粒子在鍍層中的沉積量。 復(fù)合化學(xué)鍍鎳鍍層的性質(zhì)隨著選用微粒種類不同而不同。采用金剛石、碳化鎢能顯著提高耐磨性。 Taber 磨耗試驗(yàn)表明，金剛石復(fù)合鍍層的磨耗率為硬鉻的 1/4，碳化鎢復(fù)合鍍層約為硬鉻的 58％ [6]。 關(guān)于以聚四氟乙烯（ PTFE）作為添加劑的化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)，近年來(lái)已引起人們的關(guān)注。 PTFE 是一種具有極好化學(xué)穩(wěn)定性和干潤(rùn)滑性能的高分子有機(jī)材料。 在王 水、硫酸、氫氧化鈉等溶液中有極好的抗腐蝕性能。 PTFE 顆粒 在鍍液中不易被潤(rùn)濕，因此必須加入表面活性劑，然后使用管道泵循環(huán)鍍液，使 PTFE 均勻分散在鍍液中。鎳磷化學(xué)鍍層具有較高的硬度和較好的基體結(jié)合性能，采用鎳磷化學(xué)復(fù)合鍍，可以得到綜合性能良好的復(fù)合鍍層。研究表明， NiP/PTFE 化學(xué)復(fù)合鍍層表面摩擦系數(shù)低、耐磨性能優(yōu)異。特山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 別適用于既要做相對(duì)運(yùn)動(dòng)又要密封好，既要潤(rùn)滑又需耐高溫的零件 [7]。 含 SiC 的化學(xué)鍍鎳復(fù)合鍍層具有很高的硬度和很好的耐磨性能，其顯微硬度可達(dá)HV600，經(jīng) 350℃ 的熱處理后可達(dá) HV1120。在磨損試驗(yàn)中，它的失重是鎳磷合金的 1/4～1/5,經(jīng)過(guò)熱處理后，其失重更小。但復(fù)合鍍層的孔隙率較高，結(jié)合力和耐蝕性較低。 NiP/B4C 復(fù)合化學(xué)鍍層具有硬度高和耐磨性能好的特點(diǎn)。當(dāng) B4C 在復(fù)合鍍層中的含量為 20％時(shí)，鍍層經(jīng) 350℃ 熱處理 1h 后，硬度可達(dá) HV1200。 鍍層中 B4C 含量增加使鍍層硬度和耐磨性增加，但導(dǎo)致與基體的結(jié)合力下降。 MoS2 通常用作固體潤(rùn)滑劑， NiP/MoS2 復(fù)合鍍層可用于航天設(shè)備、磁頭、液壓傳動(dòng)裝置、泵、真空設(shè)備、硅橡膠模中。 研究人員在常規(guī)的化學(xué)鍍鎳溶液中加入 MoS2 顆粒，使用 空氣攪拌得到復(fù)合鍍層，并研究了 MoS2 含量和攪拌對(duì)硬度、沉積速率等的影響和熱處理對(duì)硬度和耐磨性的影響。 在以檸檬酸鈉為絡(luò)合劑的弱酸性化學(xué)鍍鎳溶液中加入各種聚合物，如 PVA、 PAM 和PVC 使之形成復(fù)合鍍層 ，這些復(fù)合鍍層有較好的耐沖擊能力和韌 性 [8]。 化學(xué)鍍技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展 20 世紀(jì) 80 年代，歐美等工業(yè)化國(guó)家在化學(xué)鍍技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用得到了飛躍發(fā)展，平均每年有 15％～ 20％ 表面處理技術(shù)轉(zhuǎn)為使用化學(xué)鍍技術(shù)，使金屬表面得到更大的發(fā)展，并促使化學(xué)鍍技術(shù)進(jìn)入成熟時(shí)期。為了滿足復(fù)雜的工藝要求，解決更尖端的 技術(shù)難題，化學(xué)鍍技術(shù)不斷發(fā)展，引入多種合金鍍層的化學(xué)復(fù)合技術(shù)，即三元化學(xué)鍍或多元化學(xué)鍍技術(shù)，得到了一些成果。 例如在 NiP 鍍層中，引入 SiC 或 PTFE 的復(fù)合鍍層比單一的 NiP 鍍層有更佳的耐磨性及自潤(rùn)滑性能。在 NiP 鍍層中引入金屬鎢，使到 NiWP 鍍層進(jìn)一步提高硬度，在耐磨性能方面得到很好的效果。 在 NiP 鍍層中引入銅，使 NiCuP 鍍層 有 較好的耐蝕性能。還有 NiFeP、 NiCoP、NiMoP等鍍層在電腦硬碟及磁聲記錄系統(tǒng)中及感測(cè)器薄膜電子方面得到廣泛的應(yīng)用 [9]。 化學(xué)鍍技術(shù)由 于工藝本身的特點(diǎn)和優(yōu)異性能，用途相當(dāng)廣泛。中國(guó)在 80 年代才開(kāi)始在化學(xué)鍍方面進(jìn)行探討，國(guó)家在 1992 年分布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T13913——92），稱之為自催化鎳 —磷鍍層。中國(guó)已將化學(xué)鍍技術(shù)廣泛用在汽車工業(yè)、石油化工行業(yè)、機(jī)械電子、紡織、印刷、食品機(jī)械、航空航太、軍事工業(yè)等各種行業(yè)，由于電子電腦、通訊等高科技產(chǎn)品的應(yīng)用和迅速發(fā)展，為化學(xué)鍍提供了廣闊的市場(chǎng)。 2022 年以后，一方面由于國(guó)家注重環(huán)保，另一方面中國(guó)的工業(yè)發(fā)展了對(duì)金屬表面處理要求提高了，加快了化學(xué)鍍這一技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家的高新技術(shù)目錄也新增了化學(xué)鍍。化學(xué)鍍雖然在中國(guó)的起步比較晚，但近年發(fā)展相當(dāng)快，有些性能的技術(shù)指標(biāo)完全可以與歐美的化學(xué)鍍比美，加上價(jià)格低、適應(yīng)中國(guó)企業(yè)的工藝流程，發(fā)展前景備受注目。 目前中國(guó)化學(xué)鍍研究在北方，推廣應(yīng)用主要在廣東。在廣東應(yīng)用化學(xué)鍍的企業(yè)占全國(guó)三分之一以上，其中一些上規(guī)模的企業(yè)，具有技術(shù)抗衡，同時(shí)價(jià)格具有相當(dāng)?shù)木範(fàn)幜Α? 山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 化學(xué)鍍技術(shù)的應(yīng)用 化學(xué)鍍?cè)诮饘俨牧媳砻嫔系膽?yīng)用： 鋁或鋼材料這類非貴金屬基底可以用化學(xué)鍍鎳技術(shù)防護(hù)，并可避免用難以加工的個(gè)銹鋼來(lái)提高它們的表面性質(zhì)。比較軟的、不耐磨的基底可以用化學(xué)鍍鎳賦予堅(jiān)硬耐磨 的表面。在許多情況下，用化學(xué)鍍鎳代替鍍硬鉻有許多優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)內(nèi)部鍍層和鍍復(fù)雜形狀的零件，以及硬鉻層需要鍍后機(jī)械加工的情況。一些基底使用化學(xué)鍍鎳可使之容易釬焊或改善它們的表面性質(zhì)。 1. 化學(xué)鍍鎳由于化學(xué)鍍鎳層具有優(yōu)良的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕等綜合物理化學(xué)性能，該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用?；瘜W(xué)鍍鎳在各個(gè)工業(yè)中應(yīng)用的比例大致如下：航空航天工業(yè)： 9％；汽車工業(yè)： 5％；電子計(jì)算機(jī)工業(yè)： 15％；食品工業(yè)： 5％；機(jī)械工業(yè)： 15％；核工業(yè)： 2％；石油化工： 10％；塑料工業(yè)： 5％；電力輸送： 3％；印刷工業(yè)：3％；閥門制造 業(yè)： 17％；其他： 11％ 。 如發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組凝汽器黃銅管內(nèi)表層化學(xué)鍍鎳可大大地提高抗腐蝕性，延長(zhǎng)凝汽管使用壽命；鋁合金鍍鎳，可提高鋁合金硬度及防護(hù)性能。改善鋁合金表面性質(zhì)，擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用范圍 [10,11,12]。 2. 化學(xué)鍍 鎳合金 1) 鎳 磷二元 合金鍍層：硬度 HV550－ 600，導(dǎo)電性好，焊接性好，耐蝕，用于引線框架，模具，按鈕等； 2) 高磷鎳合金鍍層，無(wú)磁性，大量用于電子儀器，半導(dǎo)體電子設(shè)備防電磁干擾的屏蔽層等。 3) 鎳 硼 磷三元合金，鍍層硬度 HV680，用于 閥、壓電陶瓷電極、 傳 動(dòng)裝置等 。 4) 鎳 硼 鎢 三元合金，鍍 層 硬度 HV800，電子模具，觸點(diǎn)材料等。 5) 45鋼齒輪面刷鍍鎳磷和鎳鈷合金金屬，能顯著地提高 45鋼齒輪接觸面。 3. 化學(xué)鍍銀主要用于電子部件的焊接點(diǎn)、印制線路板，以提高制品的耐蝕性和導(dǎo)電性能。還廣泛用于各種裝飾品，如裝配杯、高級(jí)旅行保溫杯、扣件等。鈹青銅在通訊行業(yè)應(yīng)用廣泛，為進(jìn)一步提高鈹青銅彈性的導(dǎo)電性，可在鈹青銅上鍍銀。 化學(xué)鍍?cè)诜墙饘俨牧媳砻娴膽?yīng)用： 非導(dǎo)體可以用化學(xué)鍍鎳鍍一種或幾種金屬，在裝飾和功能（例如電磁干擾屏蔽）兩方面部重要。在許多場(chǎng)合下，許多工程塑料已考慮作為金屬的代用品。其中有些具有良好的 耐高溫性能。所有這些塑料都比金屬輕，而且更耐腐蝕，其中包括聚碳酸脂、聚芳基酮醚、聚醚酰亞胺樹(shù)脂等。需要導(dǎo)電性或電屏蔽的場(chǎng)合，塑料需要金屬化，可用化學(xué)鍍鎳達(dá)到這個(gè)目的。 1. 尼龍表面鍍銀、鍍銅、鍍鎳：如尼龍表面化學(xué)鍍鎳、銀、銅用來(lái)代替金屬或裝飾；采用化學(xué)鍍的新工藝將純銀鍍敷在特殊的尼龍基布上，使尼龍布具有良好的防電磁輻射性能。 2. 塑料工件表面裝飾鍍，如鈕扣、車輛上的扣件、防護(hù)板等。采用化學(xué)鍍既簡(jiǎn)單又方便，能滿足市場(chǎng)的需要。 山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3. 丙綸纖維上化學(xué)鍍銅，可用于化工制藥紡織等工業(yè)過(guò)濾、防護(hù)等，丙綸非織造布鍍銅復(fù)合材料增加了 丙綸材料的導(dǎo)電性，可消除靜電的危害，可用于制造抗靜電防護(hù)服包裝材料、裝飾材料等，有著廣泛的應(yīng)用前景。 4. 化學(xué)浸鍍銅：以高強(qiáng)塑料鍍銅，代替金屬銅材，可取得銅一樣的表面性能和 效果，比鑄造、鍛壓的工藝難度小，且減少了設(shè)備投資，節(jié)約了大量銅材。高強(qiáng)塑料鍍金屬，可提高塑料的抗老化性能，消除塑料的靜電吸塵作用 [13]。 化學(xué)鍍的發(fā)展趨勢(shì) 化學(xué)鍍層作為功能性鍍層，未來(lái)將向兩個(gè)方向發(fā)展 [1]。一方面在已有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善和提高，這包括化學(xué)鍍錫和金的速度提高以及化學(xué)鍍過(guò)程中恒定鍍速的 控制等問(wèn)題的解決。另一方面，發(fā)展功能多樣化和與其他先進(jìn)的輔助技術(shù)相互融合，包括印刷電路板的計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)、激光、紫外線、紅外線、超聲波的誘導(dǎo)化學(xué)鍍、納米顆粒的摻雜和特殊性能的 LCR 元件的制造等先進(jìn)技術(shù)。 考慮到可持續(xù)發(fā)展的需要 ,對(duì)化學(xué)鍍廢液的處理，尤其對(duì)于取代有毒的還原劑和絡(luò)合劑的問(wèn)題的解決，其中鎳離子的回收利用、無(wú)甲醛化學(xué)鍍銅、化學(xué)鍍 SnPb 合金中重金屬 Pb 的取代等諸多環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，也非常值得關(guān)注 [14]。 化學(xué)沉積層晶化轉(zhuǎn)變機(jī)理 通常情況下，化學(xué)沉積中得到的 NiP 基多元合金層，具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu) ，所謂的 ―非晶態(tài) ‖，是相對(duì)晶態(tài)而言的，是物質(zhì)的另一種結(jié)構(gòu)狀態(tài)。它具有長(zhǎng)程無(wú)序性和亞穩(wěn)定性兩大特征。而混晶態(tài)是介于非晶態(tài)與晶態(tài)之間。在室溫下，亞穩(wěn)態(tài)的非晶態(tài)與平衡的晶態(tài)之間存在很大的自由燴差，當(dāng)外界條件發(fā)生變化，如進(jìn)行熱處理時(shí)，就會(huì)發(fā)生非晶態(tài)向能量較低的亞穩(wěn)態(tài) (仍屬非晶態(tài) )或穩(wěn)態(tài) (即晶態(tài) )轉(zhuǎn)變，前者稱之為 結(jié)構(gòu)馳豫 ，此過(guò)程中僅僅是微觀上發(fā)生了結(jié)構(gòu)的松馳，同時(shí)伴隨合金層許多性能的變化 。當(dāng)熱處理溫度較高時(shí)，由于溫度的升高使原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，原子克服亞穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)定態(tài)之間的勢(shì)壘進(jìn)行重新排列，由無(wú)規(guī)則排列，變?yōu)樵谌S空間沿 著每個(gè)點(diǎn)陣直線方向，原子有規(guī)則地重復(fù)出現(xiàn)，表現(xiàn)出晶體結(jié)構(gòu)的周期性，即發(fā)生了合金層從非晶態(tài) → 混晶態(tài) → 晶態(tài)的結(jié)晶或晶化轉(zhuǎn)變[15]。 企業(yè)設(shè)備腐蝕的現(xiàn)狀及危害 金屬腐蝕是指金屬材料在周圍環(huán)境介質(zhì)作用下逐漸發(fā)生的物理化學(xué)損壞，而磨損是一種在摩擦過(guò)程中出現(xiàn)的材料損失現(xiàn)象，它和摩擦一樣到處存在，具有同樣的基礎(chǔ)性和廣泛性。 腐蝕和磨損普遍存在于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門以及人們的日常生活之中，它們所帶來(lái)的損失和危害是驚人的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在美國(guó) 1985 年腐蝕的損失 就 達(dá) 到 700 億美元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的 ％ 。而在我國(guó)每年因金屬 腐蝕所報(bào)廢的材料和設(shè)備相當(dāng)于當(dāng)年金屬產(chǎn)量 的1/3 左右 。每年僅腐蝕磨損就使工業(yè)國(guó)家損失國(guó)民生產(chǎn)總值的 2％ ～ 4％ [16]。 以石化企業(yè)為例，其設(shè)備的損壞大多數(shù)是由于腐蝕破壞造成的。金屬材料的斷裂、磨損、腐蝕是金屬制品、設(shè)備和構(gòu)件損傷的最主要形式，其他各種破壞也往往是在腐蝕山東輕工業(yè)學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各種機(jī)電產(chǎn)品的過(guò)早失效破壞中約有 70%是由腐蝕和磨損造成的，大部分機(jī)械設(shè)備的零部件和各種構(gòu)件、管道的腐蝕失效往往源于金屬表面的腐蝕。 在石化行業(yè)中，由于原油中含有水、硫化物、無(wú)機(jī)鹽、環(huán)烷酸、氮化物等雜質(zhì)，而在石油煉 制過(guò)程中又要加入各種物質(zhì)，同時(shí)由于煉制工藝的需要，設(shè)備往往在高溫、高壓狀態(tài)下運(yùn)行，這些都是造成設(shè)備腐蝕破壞的原因。石化行業(yè)由于其連續(xù)化生產(chǎn)以及其加工介質(zhì)易燃易爆的特點(diǎn)，所以腐蝕損失不僅僅限于損壞設(shè)備的維修和更新等直接損失，其間接損失也十分巨大，其間接損失主要有：突然停車損失、物料損失、產(chǎn)品損失、安全隱患、過(guò)剩設(shè)計(jì)等 [17,18,19]。 又如在印刷行業(yè)，許多部件不但高頻率使用，而且處在酸性介質(zhì)中，往往是腐蝕加磨損造成部件過(guò)早失效。 因此，研究和發(fā)展機(jī)械產(chǎn)品的表面保護(hù)和表面強(qiáng)化技術(shù)，對(duì)于提高零件的使用壽命和可靠 性，改善機(jī)械產(chǎn)品的性能，節(jié)約材料和資源等方面具有重大意義。 表面技術(shù)的發(fā)展較快，種類繁多。但大體可分為兩大類：干法和濕法。前者主要包括熱噴涂、熱浸鍍、激光束、離子束等等。 后者主要有電鍍和化學(xué)鍍 [20]。 本文的目的、意義及研究?jī)?nèi)容 研究目的及意義 隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)材料的要求越來(lái)越高，通常的 NiP 二元合金鍍層已不能滿足日益增長(zhǎng)的需求。于是，研究人員開(kāi)始嘗試在二元合金的基礎(chǔ)上引入第三種成分，如 W、 Fe、 Cu、 Mo 等。研究表明， 化學(xué)鍍 NiWP 合金 鍍層 具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐蝕性 和耐磨性，它 的 綜合 性能 要明顯好于 NiP 合金鍍層的性能 。 隨著 鍍液中 P含量和 W 含量 的不同 ， 鍍層 之間 的 性能會(huì)存在差異。另外，熱處理也會(huì)在較大程度上影響鍍層的 組織結(jié)構(gòu)、表面形貌、 硬度、 耐蝕性 等 。 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)調(diào)查結(jié)果可以知道，雖然化學(xué)鍍 NiWP 合金工藝種類很多，但是適用于更加惡劣環(huán)境下的高耐蝕化學(xué)鍍 NiWP 合金工藝尚且不成熟，在該領(lǐng)域內(nèi)還有許多亟待解決的問(wèn)題。例如：長(zhǎng)壽命的化學(xué)鍍鎳液 (最好是無(wú)休止、循環(huán)使用的鍍液配方及工藝 )、耐蝕機(jī)理等 [21]。因此，開(kāi)發(fā)出高耐蝕性 (尤其是高耐孔蝕性能 )的化學(xué) 鍍 NiWP 合金工藝、延長(zhǎng)鍍液使用壽命、探討耐蝕機(jī)理具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和理論價(jià)值。 本文在化學(xué)鍍 NiP 基合金工藝、鍍層性能、鍍液使用壽命和機(jī)理等方面搜集了大量的資料。在此基礎(chǔ)上，制備出中磷