鍋爐用鋼Ｎｉ－Ｐ合金化學鍍的工藝研究
2008-12-31 00:00:00田豐張罡姜威黃剛
現代商貿工業 2008年12期
摘 要：以鍋爐用鋼20g為基體，介紹了一種高磷的化學鍍Ni-P合金工藝，研究了工藝參數對化學鍍Ni-P鍍層鍍速和穩定性的影響，并確定最適宜配方。
關鍵詞：化學鍍；高磷；Ni-P合金；鍋爐鋼
中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）12-0362-01
1 引言
目前工業鍋爐的腐蝕問題已十分突出和嚴重，僅沈陽市就有約四千多臺鍋爐，由于鍋爐的腐蝕和耐磨等問題，不僅造成鍋爐設備大修過早報廢，直接導致經濟損失，而且易發生各種事故，給安全生產帶來隱患。
化學鍍一般指化學鍍Ni-P合金，是采用鎳鹽和還原劑在同一溶液中進行的自催化氧化-還原反應，從而在工件表面沉積出Ni-P合金鍍層的表面處理技術。Ni-P合金鍍層由于具有較高的硬度、耐磨性、潤滑性、優異的耐蝕性和良好的釬焊性能，尤其是制備的高磷鍍層具有非晶態結構，非晶態的高磷鍍層具有非磁性、較低的電阻溫度系數(TCR)、優良的耐蝕性等優點，因此利用優質碳素鋼鍋爐用鋼(20g)進行表面化學鍍實驗，在鍋爐用鋼表面鍍上鎳磷化學鍍層，從而提高鍋爐設備熱部件抗磨抗蝕，提高表面硬度，延長使用壽命，對于我國蒸汽及動力鍋爐使用具有重要實際應用價值和理論意義，同時還可以向大型電站鍋爐等領域推廣。
2 實驗方法
2.1 鍍液組成及工藝條件
NiSO4#8226;6H2O 25～40 g/L；NaH2PO2 25～30g/L；Pb(AC)2微量；Na(AC) 12～15g/L；絡合劑1（15 g/L乳酸）；絡合劑2（15 g/L檸檬酸）；絡合劑3（4 g/L乳酸+15 g/L檸檬酸）；絡合劑4（3 g/L乳酸+13 g/L檸檬酸）；絡合劑5（12 g/L乳酸+3 g/L檸檬酸）；溫度 82～90℃；pH值 4.5～4.8。
2.2 施鍍基材
實驗采用的試樣基材為20g（鍋爐用鋼），試樣尺寸為20mm×15mm×10mm，原始硬度為HV189.22。
2.3 施鍍工藝條件及流程
打磨→化學除油→清洗→20%H2SO4→清洗→3%H2SO4→清洗→快速入槽→吹干→除氫
2.4 性能測試
2.4.1 沉積速度的測定
采用稱重法來測定鍍層的沉積速度，沉積速度為：
v=ΔW/ρ×S×t×104(μm/h)
式中：ΔW-試件的增重，g;
ρ-鍍層平均密度，按含磷量為9%計算，則密度為7.9g/cm3 ；
S-鍍層面積，cm3；
t-時間，h。
2.4.2 鍍液穩定性的測定
采用PdCl2實驗法測定鍍液穩定性。將含有穩定劑的化學鍍鎳溶液加熱到工作溫度，向其中加入1-2ml濃度為100mg/l的氯化把溶液，測量生成黑色沉淀的時間，根據時間長短來判斷其穩定性。
2.4.3 顯微硬度
檢測方法用日本Future科技產的FM-300顯微硬度儀測定鍍層硬度，對每個試片取5個不同位置測試，然后取平均值。載荷為10g，加載時間5s。
2.4.4 鍍層表面形貌及鍍層含磷量的測定
采用日本島津公司生產的S2400N掃描電鏡及能譜儀分析測定
3 優化鍍層的顯微結構及能譜分析
通過多次的實驗得到的最適宜方案：硫酸鎳30g/L，次亞磷酸鈉為28g/L，醋酸鉛1.0mg/L，醋酸鈉13g/L，絡合劑為檸檬酸10g/L，乳酸4 ，pH值為4.5，施鍍溫度為90℃。用SEM觀察最適宜鍍層表面、橫截面形貌并進行分析。
3.1 鍍層表面顯微形貌
鍍層具有胞狀結構，平均粒度為5μm，沉積方式為顆粒堆積，為典型的非晶結構，顯微硬度為HV727.92，與原始基體相比硬度提高約3.78倍。
3.2 鍍層表面能譜分析
由掃描電鏡能譜分析獲得最適宜鍍液的鍍層成分結果見圖3.2，由圖可以看出，鍍層中只有鎳和磷兩種元素，其中，磷含量為15.10%。據文獻報道Ni-P鍍層只要含磷量在8%(w)以上，就具有非晶結構。因此，此鍍層為非晶結構鍍層，從而使得鍍層的耐蝕性好。
4 結語
（1）最適宜的鍍液組成為：硫酸鎳30g/L，次亞磷酸鈉為28g/L，醋酸鉛1.0mg/L，醋酸鈉13g/L，檸檬酸10g/L，乳酸4 ，pH值為4.5，施鍍溫度為90℃。
（2）采用最適宜工藝得到的鍍層，鍍層致密無缺陷，鍍層含磷量為15.10%，鍍層硬度高達HV727.92，鍍液穩定，沉積速度為22.38μm/h。
參考文獻
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