化學沉積 Ni-P-RE合金工藝的研究

梁 平

(遼寧石油化工大學機械工程學院,遼寧撫順113001)

化學沉積 Ni-P-RE合金工藝的研究

梁 平

(遼寧石油化工大學機械工程學院,遼寧撫順113001)

通過正交實驗確定了鍍液中存在稀土CeCl3時,化學沉積Ni-P-RE合金層的鍍液的組成;并采用金相顯微鏡觀察了合金層的表面形貌,通過動電位極化曲線考察了基體和合金鍍層在質量分數為3.5%的NaCl溶液中的耐蝕性。結果表明:該鍍液可以在Q235鋼表面沉積出表面質量良好的Ni-P-RE合金層,明顯提高了Q235鋼的顯微硬度和耐蝕性。

化學鍍;氯化鈰;硬度;耐蝕性

0 前言

Q235鋼作為一種碳素鋼,被廣泛用于建筑、工程機械、重型汽車、橋梁、壓力容器等各類工程結構中。但其較低的硬度和較差的耐蝕性也使其應用范圍受到限制,而化學鍍技術則是改善Q235鋼這些弱點的有效手段[1]。常規的化學鍍鎳工藝已較為成熟[2],但當鍍液中加入稀土以后,由于稀土元素獨特的物理、化學和電子結構,有望進一步改善鍍層的性能[3-4]。本文主要考察了在CeCl3存在的條件下化學鍍Ni-P-RE鍍液的組成,并對鍍層的表面形貌、顯微硬度和鍍層的耐蝕性等進行了測試與比較。

1 實驗

1.1 實驗材料及設備

實驗采用規格為35 mm×25 mm×4.0 mm的Q235鋼試樣進行化學沉積。

實驗采用p HS-25型酸度計對溶液p H值進行測定。采用 HH-4型數顯恒溫水浴鍋控制鍍液溫度。采用Leica金相顯微鏡對鍍層表面和截面形貌進行觀察。

1.2 工藝流程

1.3 正交實驗設計

通過正交實驗確定化學鍍Ni-P-RE溶液的組成,其中,硫酸鎳、次磷酸鈉、檸檬酸鈉、氯化鈰為4因素。鍍液中乙酸鈉的質量濃度為20 g/L,p H值為5.0,溫度為(85±1)℃,時間為1 h。以鍍層的沉積速率為主要評價指標。

1.4 性能測試

按照公式 V=ΔW ×104/(ρ·S·t)計算Ni-P-RE鍍層的沉積速率。式中:V為Ni-P-RE鍍層的沉積速率,μm·h-1;ΔW為施鍍前后試樣的質量差,g;ρ為Ni-P-RE鍍層的密度,g·cm-3,計算時取7.80 g·cm-3;S為試樣表面積,cm2;t為沉積時間,h。采用TG 328A電光分析天平稱量試樣施鍍前后的質量(精確到0.1 mg)。

采用上海泰明光學儀器有限公司生產的HXD-1000 TMC/LCD型顯微硬度計對Q235鋼基體及Ni-P-RE合金鍍層的顯微硬度進行測試,施加載荷為25 g,應力作用時間為10 s,測試3個點,并取其平均值作為試樣的最終硬度。

在室溫條件下,將Ni-P-RE合金鍍層及Q235鋼試樣放入質量分數為3.5%的NaCl溶液中,采用PAR公司生產的2273電化學系統進行動電位極化曲線測試。試樣為工作電極,飽和甘汞電極為參比電極,鉑片為輔助電極,測試時掃描速率為20 m V/min。

2 結果與討論

2.1 正交實驗

通過正交實驗,考察了硫酸鎳、次磷酸鈉、檸檬酸鈉及氯化鈰對Ni-P-RE鍍層沉積速率的影響。

通過正交實驗確定的最佳工藝規范為:硫酸鎳25 g/L,次磷酸鈉25 g/L,檸檬酸鈉12 g/L,氯化鈰60 m g/L,乙酸鈉20 g/L,p H值 5.0,(85±1)℃, 1 h。

2.2 結合強度及表面形貌

采用上述優化后的鍍液對Q235鋼施鍍1 h以制備Ni-P-RE鍍層。通過彎曲實驗和熱震實驗對鍍層的結合情況進行定性測試。結果表明: Ni-P-RE鍍層沒有出現起皮、局部脫落等不良現象。說明鍍層與Q235基體之間具有良好的結合強度。

采用金相顯微鏡對Ni-P-RE鍍層形貌進行觀察。實驗結果,如圖1所示。由圖1可知:鍍層光亮、均勻,組成鍍層的胞狀物間結合緊湊,沒有孔洞、氣泡、起皮等缺陷存在,鍍層表面質量良好。

圖1 Ni-P-RE鍍層的表面形貌(×500)

2.3 硬度

對Q235鋼及Ni-P-RE鍍層的顯微硬度進行測試。實驗結果,如圖2所示。結果表明:基體顯微硬度的平均值約為2 205 M Pa,而Ni-P-RE鍍層的顯微硬度在4 900 M Pa以上。顯然,Ni-P-RE鍍層明顯提高了基體的顯微硬度,這有助于提高Q235鋼的耐磨性。

2.4 耐蝕性

通過動電位極化曲線測試了 Q235鋼和Ni-P-RE鍍層在質量分數為3.5%的NaCl溶液中的極化曲線。實驗結果,如圖3所示。對兩種曲線的自腐蝕電位 Ecorr和自腐蝕電流密度 Jcorr進行擬合。實驗結果表明:在該腐蝕介質中,Q235鋼的Ecorr=-405 m V,Jcorr=22.0μA/cm2;而Ni-P-RE鍍層的 Ecorr= -354 m V,Jcorr=0.98μA/cm2。因此,無論從自腐蝕電位還是從自腐蝕電流密度上考慮,Ni-P-RE鍍層都明顯提高了基體的耐蝕性,鍍層表現出良好的耐蝕行為。

圖2 Q235鋼和Ni-P-RE鍍層的顯微硬度

圖3 Q235鋼和Ni-P-RE鍍層的動電位極化曲線

3 結論

(1)通過正交實驗確定了化學鍍Ni-P-RE合金的工藝。其工藝參數為:硫酸鎳25 g/L,次磷酸鈉25 g/L,檸檬酸鈉12 g/L,乙酸鈉 20 g/L,氯化鈰60 mg/L,p H值5.0,(85±1)℃,1 h。

(2)Ni-P-RE鍍層光亮、致密、均勻性好,鍍層與基體間結合強度高,顯微硬度是基體的2倍以上,耐蝕性大大提高。

參考文獻:

[1] Krishnan K H,John S,Srinivasan K N,et al.An overall aspect of electroless Ni-P depositions—A review article[J]. Metallurgical and Materials Transactions A,2006,37(6): 1 917-1 926.

[2] Sharma S B,Agarwala R C,Agarwala V,et al. Characterization of carbon fabric coated with Ni-P and Ni-P-ZrO-A l2O3by electroless technique [J].Journal of M aterials Science,2002,37(24):5 247-5 254.

[3] Xuan T P,Zhang L,Huang Q H.Effect of rare earth metal on structure and p roperties of electroless Co-B alloy coating [J].Rare Transactions of China,2002,20(5):512-516.

[4] 楊昌英,李昕,代忠旭,等.選擇合適的添加劑改善化學鍍鎳層的性能[J].化學與生物工程,2008,25(4):28-30.

A Study of Electroless Ni-P-RE Alloy Process

L IANG Ping
(School of M echanical Engineering,Liaoning Petrochemical University,Fushun 113001,China)

The bath composition of electroless Ni-P-RE p lating coating was obtained through o rthogonality experiment,and the surface micograph of the coating was observed by metalloscope,and the corrosion resistance of base material and Ni-P coating in mass fraction of 3.5%NaCl solution was investigated using potentiodynamic polarization method.The experimental results show that a good Ni-P-RE alloy coating can be formed by the bath containing CeCl3,and the coating has obviously imp roved the microhardness and corrosion resistance of Q235 steel.

electroless p lating;CeCl3;hardness;corrosion resistance

book=8,ebook=7

TQ 153

A

1000-4742(2010)05-0008-03

2010-01-25