pH值對低溫鍍鐵層性能的影響

楊 森

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧興城 125100）

pH值對低溫鍍鐵層性能的影響

楊 森

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧興城 125100）

研究了不同p H值條件下所得低溫鍍鐵層的沉積速率、顯微硬度和腐蝕速率等性能。結(jié)果表明:當(dāng)p H值為1.0時,鍍層獲得最佳的綜合性能;隨著p H值的上升,顯微硬度下降;p H值較高時,所得鍍層的顯微硬度、耐蝕性和結(jié)合強(qiáng)度都比較差,且沉積速率較慢。

低溫鍍鐵;p H值;沉積速率;顯微硬度;耐蝕性

0 前言

鍍鐵被普遍用來修復(fù)因腐蝕、磨損的軸、缸套等零部件。目前已被用于修復(fù)農(nóng)機(jī)、船舶,內(nèi)燃機(jī)車[1],油田、礦山、冶金機(jī)械上的柴油機(jī)曲軸[2],汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、缸套、十字頭等大型零部件。

影響低溫鍍鐵工藝的參數(shù)很多[3-5]。為保證鍍層的質(zhì)量,需了解各因素對鍍鐵層性能的影響。本文研究了pH值對低溫鍍鐵層性能的影響。這對于低溫鍍鐵修復(fù)工藝具有一定的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

1 實驗

1.1 實驗設(shè)備

FA 1 104N型分析天平,HX-1型顯微硬度儀,FDYE-03E型鹽霧實驗機(jī),HH-4型恒溫水浴鍋,自制不對稱交-直流電源。

1.2 工藝流程

1.3 工藝規(guī)范

1.4 檢測方法

（1）根據(jù) GB 5928-1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層和鋁氧化膜的厚度測試方法》,采用測重法測量鍍層的厚度,再計算沉積速率。

（2）根據(jù) GB 5934-1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層的硬度測試方法》,采用顯微硬度法測量鍍層和基體的硬度。

（3）根據(jù) GB 5938-1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層和化學(xué)處理層的耐腐蝕實驗方法》,采用中性鹽霧實驗法（NSS）對試樣施鍍部分進(jìn)行腐蝕,測定腐蝕速率。

（4）根據(jù) GB 5933-1986《輕工產(chǎn)品金屬鍍層的結(jié)合強(qiáng)度測試方法》,采用銼刀法和彎曲法定性檢測鍍層的結(jié)合強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對鍍鐵層沉積速率的影響

圖1為p H值對鍍層沉積速率的影響。

如圖1所示:當(dāng)p H值為1.0時,沉積速率最大。這是由于當(dāng)p H值為0.8時,鍍液酸度增加,鍍液中氫離子的濃度也相對增大,氫離子在陰極上放電更多,氫析出得更容易;過多的氫析出,導(dǎo)致鐵的析出變得困難,使鍍層的沉積速率降低。而在p H值為1.2時,沉積速率相對較低。這是由于p H值高時,氫離子相對缺乏使OH-的濃度有所升高,鍍液中的 Fe3+與OH-的反應(yīng)機(jī)率加大,則會形成Fe（OH）3沉淀,對電鍍過程中鐵的沉積產(chǎn)生阻礙作用,降低了沉積速率。所以在p H值為1.0時,沉積速率最快。

圖1 p H值對鍍層沉積速率的影響

2.2 pH值對鍍鐵層顯微硬度的影響

圖2為p H值對鍍層顯微硬度的影響。

圖2 p H值對鍍層顯微硬度的影響

如圖2所示:當(dāng)p H值為0.8時,顯微硬度最高。由于在p H值相對較低時,能使鍍層的滲氫量增加,滲入鍍層的氫使鍍層晶格扭歪,進(jìn)一步增大了鐵鍍層的內(nèi)應(yīng)力,使鍍層硬度提高。所以p H值升高時,顯微硬度降低。在p H值為1.2時,產(chǎn)生的Fe（OH）3增多,而 Fe（OH）3是膠體物質(zhì),具有強(qiáng)吸附性能,會吸附帶正電荷的亞鐵離子和氫離子,顯正電性。施鍍時,在電場力的作用下向陰極移動。隨著亞鐵離子和氫離子在陰極放電析出,Fe（OH）3被裹夾著進(jìn)入鍍層,引起鍍層微裂紋粗大,導(dǎo)致顯微硬度降低得更多些。

2.3 pH值對鍍鐵層耐蝕性的影響

圖3為p H值對鍍層耐蝕性的影響。

圖3 p H值對鍍層耐蝕性的影響

如圖3所示:在p H值為1.0時,其耐蝕性最好。這是由于在p H值低時,鍍層中含氫量較高,會有大量的氫氣泡滯留在鍍層表面上,氫氣泡長期滯留的部位會出現(xiàn)氣洞或縫隙,這樣易導(dǎo)致腐蝕,使鍍層的耐蝕性下降。而pH值較高時,易形成Fe（OH）3沉淀,被夾帶入鍍層中,造成了鍍層組織疏松,應(yīng)力增大,脆性也變大,這樣會降低鍍層的耐蝕性能。所以鍍液p H值為1.0時,鍍鐵層耐蝕性最好。

2.4 pH值對鍍鐵層與基體結(jié)合強(qiáng)度的影響

對不同p H值條件下得到的鍍層,采用銼刀法、彎曲法觀察鍍層表面。可以看出:p H值分別為0.8和1.0時,得到的鍍層結(jié)合強(qiáng)度都很好,無鼓泡、起皮和脫落等現(xiàn)象。只是在p H值為1.2時,得到的鍍層略有起皮現(xiàn)象。這是由于p H值高時,生成的Fe（OH）3夾入鍍層中,造成鍍層微裂紋粗大且相對疏松,使鍍層的結(jié)合力有所下降。

綜合以上分析可以得出:p H值為1.2時所得鍍層的沉積速率、顯微硬度、耐蝕性和結(jié)合強(qiáng)度都比另兩組的差;在p H值為1.0時,其沉積速率和耐蝕性均為最好,硬度雖然不及p H值為0.8時所得的鍍層,但是相差不大。綜合考慮p H值為1.0為最佳選擇。

3 結(jié)論

（1）通過實驗對比得出:鍍液p H值為1.0時,所得鍍鐵層獲得最佳的綜合性能。

（2）p H值較高時,所得鍍層的沉積速率、顯微硬度、耐蝕性和結(jié)合強(qiáng)度都比較差。

[1] 劉維波,張小鵬,劉增利.機(jī)車曲軸鍍鐵修復(fù)疲勞對比試驗研究[J].實驗力學(xué),2003,18（3）:378-382.

[2] 戴善生.柴油機(jī)曲軸低溫鍍鐵修復(fù)工藝[J].機(jī)車車輛工藝,2005（3）:12-13,24.

[3] 殷錦捷,楊森.鐵的質(zhì)量濃度對低溫鍍鐵工藝的影響[J]電鍍與環(huán)保.2008,28（1）:15-16.

[4] 劉憶,楊森,殷錦捷,等.低溫鍍鐵時電流密度對鍍層性能的影響[J].電鍍與涂飾,2008,28（2）:15-16.

[5] 楊森,殷錦捷,劉憶,等.溫度對低溫鍍鐵工藝的影響[J].電鍍與環(huán)保.2008,28（2）:24-25.

Effects of pH Value on Performances of Deposit in Low-Temperature Iron Plating Process

YANGSen

（Mining Industry and Technology Institute,Liaoning Engineering and Technology University,Xingcheng 125100,China）

The deposition rate,microhardness and corrosion rate,etc.of low-temperature iron coating obtained at different p H values were studied.The results show that the best comprehensive performance can be achieved when p H=1.0.The microhardness were reduced with the increasing of p H value,and deposition rate,microhardness,corrosion resisitance and bonding strength were worse at higher p H value.

low-temperature iron plating;p H value;deposition rate;microhardness;corrosion resistance

TQ 153

A

1000-4742（2010）01-0006-02

2009-09-14