【文章內容簡介】 PTFE 均勻分散在鍍液中。鎳磷化學鍍層具有較高的硬度和較好的基體結合性能，采用鎳磷化學復合鍍，可以得到綜合性能良好的復合鍍層。研究表明，NiP/PTFE 化學復合鍍層表面摩擦系數低、耐磨性能優(yōu)異。特別適用于既要做相對運動又要密封好，既要潤滑又需耐高溫的零件 [7]。含 SiC 的化學鍍鎳復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 HV600，經 350℃的熱處理后可達 HV1120。在磨損試驗中，它的失重是鎳磷合金的 1/4～1/5,經過熱處理后，其失重更小。但復合鍍層的孔隙率較高，結合力和耐蝕性較低。NiP/B4C 復合化學鍍層具有硬度高和耐磨性能好的特點。當 B4C 在復合鍍層中的含量為 20％時，鍍層經 350℃熱處理 1h 后，硬度可達 HV1200。鍍層中 B4C含量增加使鍍層硬度和耐磨性增加，但導致與基體的結合力下降。MoS2 通常用作固體潤滑劑，NiP/MoS 2 復合鍍層可用于航天設備、磁頭、液壓傳動裝置、泵、真空設備、硅橡膠模中。研究人員在常規(guī)的化學鍍鎳溶液中加入 MoS2 顆粒，使用空氣攪拌得到復合鍍層，并研究了 MoS2 含量和攪拌對硬度、沉積速率等的影響和熱處理對硬度和耐磨性的影響。在以檸檬酸鈉為絡合劑的弱酸性化學鍍鎳溶液中加入各種聚合物，如PVA、PAM 和 PVC 使之形成復合鍍層，這些復合鍍層有較好的耐沖擊能力和韌性 [8]。 化學鍍技術在國內的發(fā)展20 世紀 80 年代，歐美等工業(yè)化國家在化學鍍技術的研究，開發(fā)和應用得到了飛躍發(fā)展，平均每年有 15％～20％表面處理技術轉為使用化學鍍技術，使金屬表面得到更大的發(fā)展，并促使化學鍍技術進入成熟時期。為了滿足復雜的工藝要求，解決更尖端的技術難題，化學鍍技術不斷發(fā)展，引入多種合金鍍層的化學復合技術，即三元化學鍍或多元化學鍍技術，得到了一些成果。 例如在 NiP 鍍層中，引入 SiC 或 PTFE 的復合鍍層比單一的 NiP 鍍層有更山東輕工業(yè)學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文）9佳的耐磨性及自潤滑性能。在 NiP 鍍層中引入金屬鎢，使到 NiWP 鍍層進一步提高硬度，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)中及感測器薄膜電子方面得到廣泛的應用 [9]。 化學鍍技術由于工藝本身的特點和優(yōu)異性能，用途相當廣泛。中國在 80 年代才開始在化學鍍方面進行探討，國家在 1992 年分布了國家標準（GB/T13913 ——92） ，稱之為自催化鎳—磷鍍層。中國已將化學鍍技術廣泛用在汽車工業(yè)、石油化工行業(yè)、機械電子、紡織、印刷、食品機械、航空航太、軍事工業(yè)等各種行業(yè)，由于電子電腦、通訊等高科技產品的應用和迅速發(fā)展，為化學鍍提供了廣闊的市場。 2022 年以后，一方面由于國家注重環(huán)保，另一方面中國的工業(yè)發(fā)展了對金屬表面處理要求提高了，加快了化學鍍這一技術的發(fā)展，國家的高新技術目錄也新增了化學鍍?；瘜W鍍雖然在中國的起步比較晚，但近年發(fā)展相當快，有些性能的技術指標完全可以與歐美的化學鍍比美，加上價格低、適應中國企業(yè)的工藝流程，發(fā)展前景備受注目。 目前中國化學鍍研究在北方，推廣應用主要在廣東。在廣東應用化學鍍的企業(yè)占全國三分之一以上，其中一些上規(guī)模的企業(yè)，具有技術抗衡，同時價格具有相當的竟爭力。 化學鍍技術的應用化學鍍在金屬材料表面上的應用： 鋁或鋼材料這類非貴金屬基底可以用化學鍍鎳技術防護，并可避免用難以加工的個銹鋼來提高它們的表面性質。比較軟的、不耐磨的基底可以用化學鍍鎳賦予堅硬耐磨的表面。在許多情況下，用化學鍍鎳代替鍍硬鉻有許多優(yōu)點。特別對內部鍍層和鍍復雜形狀的零件，以及硬鉻層需要鍍后機械加工的情況。一些基底使用化學鍍鎳可使之容易釬焊或改善它們的表面性質。 1. 化學鍍鎳由于化學鍍鎳層具有優(yōu)良的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕等綜合物理化學性能，該項技術在國外已經得到廣泛應用?；瘜W鍍鎳在各個工業(yè)中應用的比例大致如下：航空航天工業(yè)：9％；汽車工業(yè)：5％；電子計算機工業(yè)：15％；食品工業(yè)：5％；機械工業(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)電機組凝汽器黃銅管內表層化學鍍鎳可大大地提高抗腐蝕性，延長凝汽管使用壽命；鋁合金鍍鎳，可提高鋁合金硬度及防護性能。改善鋁合金表面性質，擴大鋁合金的應用范圍 [10,11,12]。2. 化學鍍鎳合金 山東輕工業(yè)學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文）101) 鎳磷二元合金鍍層：硬度 HV550－600，導電性好，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，無磁性，大量用于電子儀器，半導體電子設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、傳動裝置等。 4) 鎳硼 鎢三元合金，鍍層硬度 HV800，電子模具，觸點材料等。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. 化學鍍銀主要用于電子部件的焊接點、印制線路板，以提高制品的耐蝕性和導電性能。還廣泛用于各種裝飾品，如裝配杯、高級旅行保溫杯、扣件等。鈹青銅在通訊行業(yè)應用廣泛，為進一步提高鈹青銅彈性的導電性，可在鈹青銅上鍍銀。 化學鍍在非金屬材料表面的應用：非導體可以用化學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、聚醚酰亞胺樹脂等。需要導電性或電屏蔽的場合，塑料需要金屬化，可用化學鍍鎳達到這個目的。 1. 尼龍表面鍍銀、鍍銅、鍍鎳：如尼龍表面化學鍍鎳、銀、銅用來代替金屬或裝飾；采用化學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、防護板等。采用化學鍍既簡單又方便，能滿足市場的需要。 3. 丙綸纖維上化學鍍銅，可用于化工制藥紡織等工業(yè)過濾、防護等，丙綸非織造布鍍銅復合材料增加了丙綸材料的導電性，可消除靜電的危害，可用于制造抗靜電防護服包裝材料、裝飾材料等，有著廣泛的應用前景。 4. 化學浸鍍銅：以高強塑料鍍銅，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，且減少了設備投資，節(jié)約了大量銅材。高強塑料鍍金屬，可提高塑料的抗老化性能，消除塑料的靜電吸塵作用 [13]。 化學鍍的發(fā)展趨勢化學鍍層作為功能性鍍層，未來將向兩個方向發(fā)展 [1]。一方面在已有的基礎上進一步完善和提高，這包括化學鍍錫和金的速度提高以及化學鍍過程中恒定鍍速的控制等問題的解決。另一方面，發(fā)展功能多樣化和與其他先進的輔助技術相互融合，包括印刷電路板的計算機的輔助設計、激光、紫外線、紅外線、超聲波山東輕工業(yè)學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文）11的誘導化學鍍、納米顆粒的摻雜和特殊性能的 LCR 元件的制造等先進技術?？紤]到可持續(xù)發(fā)展的需要,對化學鍍廢液的處理，尤其對于取代有毒的還原劑和絡合劑的問題的解決，其中鎳離子的回收利用、無甲醛化學鍍銅、化學鍍 SnPb 合金中重金屬 Pb 的取代等諸多環(huán)境保護問題，也非常值得關注 [14]。 化學沉積層晶化轉變機理通常情況下，化學沉積中得到的 NiP 基多元合金層，具有非晶態(tài)結構，所謂的“非晶態(tài)”，是相對晶態(tài)而言的，是物質的另一種結構狀態(tài)。它具有長程無序性和亞穩(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，當外界條件發(fā)生變化，如進行熱處理時，就會發(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))轉變，前者稱之為結構馳豫，此過程中僅僅是微觀上發(fā)生了結構的松馳，同時伴隨合金層許多性能的變化。當熱處理溫度較高時，由于溫度的升高使原子擴散能力增強，原子克服亞穩(wěn)態(tài)與穩(wěn)定態(tài)之間的勢壘進行重新排列，由無規(guī)則排列，變?yōu)樵谌S空間沿著每個點陣直線方向，原子有規(guī)則地重復出現，表現出晶體結構的周期性，即發(fā)生了合金層從非晶態(tài)→混晶態(tài)→晶態(tài)的結晶或晶化轉變 [15]。 企業(yè)設備腐蝕的現狀及危害金屬腐蝕是指金屬材料在周圍環(huán)境介質作用下逐漸發(fā)生的物理化學損壞，而磨損是一種在摩擦過程中出現的材料損失現象，它和摩擦一樣到處存在，具有同樣的基礎性和廣泛性。腐蝕和磨損普遍存在于國民經濟各部門以及人們的日常生活之中，它們所帶來的損失和危害是驚人的。據統(tǒng)計，僅在美國 1985 年腐蝕的損失就達到 700 億美元，占國民經濟總產值的 ％。而在我國每年因金屬腐蝕所報廢的材料和設備相當于當年金屬產量的 1/3 左右。每年僅腐蝕磨損就使工業(yè)國家損失國民生產總值的 2％～4％ [16]。以石化企業(yè)為例，其設備的損壞大多數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、設備和構件損傷的最主要形式，其他各種破壞也往往是在腐蝕的基礎上發(fā)展而來的。據統(tǒng)計，各種機電產品的過早失效破壞中約有 70%是由腐蝕和磨損造成的，大部分機械設備的零部件和各種構件、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、無機鹽、環(huán)烷酸、氮化物等雜質，而在石油煉制過程中又要加入各種物質，同時由于煉制工藝的需要，設備往往在高溫、高壓狀態(tài)下運行，這些都是造成設備腐蝕破壞的原因。石化行業(yè)由于其連續(xù)化生產以及其加工介質易燃易爆的特點，所以腐蝕損失不僅僅限于損壞設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、產品損失、安全隱患、過剩設計等 [17,18,19]。山東輕工業(yè)學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文）12又如在印刷行業(yè)，許多部件不但高頻率使用，而且處在酸性介質中，往往是腐蝕加磨損造成部件過早失效。因此，研究和發(fā)展機械產品的表面保護和表面強化技術，對于提高零件的使用壽命和可靠性，改善機械產品的性能，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鍍 [20]。 本文的目的、意義及研究內容 研究目的及意義隨著科學技術和現代工業(yè)的發(fā)展，對材料的要求越來越高，通常的 NiP 二元合金鍍層已不能滿足日益增長的需求。于是，研究人員開始嘗試在二元合金的基礎上引入第三種成分，如 W、Fe、Cu、Mo 等。研究表明，化學鍍 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，鍍層之間的性能會存在差異。另外，熱處理也會在較大程度上影響鍍層的組織結構、表面形貌、硬度、耐蝕性等。根據文獻報道和國內外市場調查結果可以知道，雖然化學鍍 NiWP 合金工藝種類很多，但是適用于更加惡劣環(huán)境下的高耐蝕化學鍍 NiWP 合金工藝尚且不成熟，在該領域內還有許多亟待解決的問題。例如：長壽命的化學鍍鎳液(最好是無休止、循環(huán)使用的鍍液配方及工藝)、耐蝕機理等 [21]。因此，開發(fā)出高耐蝕性(尤其是高耐孔蝕性能) 的化學鍍 NiWP 合金工藝、延長鍍液使用壽命、探討耐蝕機理具有重大的經濟效益和理論價值。本文在化學鍍 NiP 基合金工藝、鍍層性能、鍍液使用壽命和機理等方面搜集了大量的資料。在此基礎上，制備出中磷含量的 NiWP 合金鍍層。用 X 射線衍射儀、掃描電子顯微鏡及能譜儀對化學鍍 NiWP 合金鍍層的結構、表面形貌、成分進行分析，并探索鍍層的耐蝕機理。為后續(xù)研究及生產實際提供依據。 研究內容1．化學合金沉積液的組成 1） 化學沉積的原理2） 化學沉積液的主要成分及作用3） NiWP 合金沉積配方的篩選及配制2．化學沉積工藝的制定1） 試件的前期處理過程2） 沉積工藝溫度的制定3） 沉積過程中 PH 值的控制3．鍍態(tài)沉積層結構、成分分析及組織觀察山東輕工業(yè)學院 2022 屆本科生畢業(yè)設計（論文）131） NiWP 合金沉積層的結構分析及分析方法2） NiWP 合金沉積層的成分測定及測定方法3） NiWP 合金沉積層的組織形貌觀察及厚度測定4．熱處理對中磷含量沉積層晶化、晶粒尺寸的影響1） 建立熱處理溫度與中 P 含量沉積層晶化的關系2） 建立熱處理溫度與中 P 含量沉積層晶化后 Ni 及 Ni3P 晶粒尺寸的