真空熱處理對(duì)Co-W電刷鍍鍍層的影響

摘要:本文以3Cr2W8V為基體，制備了Co-W合金的電刷鍍鍍層，并在不同溫度下對(duì)鍍層試樣進(jìn)行了真空熱處理，觀察了熱處理后鍍層截面形貌和組織特征，分析了熱處理后鍍層的硬度、結(jié)合力等性能。結(jié)果表明在750℃時(shí)對(duì)Co-W鍍層進(jìn)行真空熱處理后，涂層具有良好的綜合性能。

關(guān)鍵詞：真空熱處理；Ni-W鍍層；電刷鍍

中圖分類號(hào)：TQ153.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2011）03-0072-03

The Influence of Co-W Alloy Electro-bursh Plating Coating with the

Vacuum Anneal Heatreatment

RAO Xiao-xiao，LUO Cheng，ZHANG Hong-xia，WANG Tian-guo

（Department of Materials Engineering，Hubei University of Automotive Technology，Shiyan442002，China）

Abstract：In the paper，the Co-W alloy electro-brush plating coating is based on 3Cr2w8V. The vacuum heat treatment is carried out with the coating under different temperature. And The Cross-section morphology and microstructure are observed and the property as hardness and the bonding force of the coating are analyzed after heatreating.The results shows that the coating has preferred comprehensive properties with vacuum anneal heatreatment under 700℃.

Key words: vacuum heat treatment；Ni-W coating；ectro-brush plating

電刷鍍技術(shù)作為一種重要的金屬表面加工工藝，近年來(lái)發(fā)展迅速，已受到有關(guān)部門的關(guān)注，并在鐵路、機(jī)械、汽車、船舶航空、軍工等部門推廣應(yīng)用，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益［1］。Co-W合金刷鍍層具有良好的熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的電化學(xué)性能、耐腐蝕性能及吸波特性等，在汽車、石油化工、記錄記憶裝置及國(guó)防工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。而真空熱處理具有去氣、促進(jìn)擴(kuò)散等作用，從而進(jìn)一步提高鍍層的性能［2］。本文對(duì)電刷鍍Co-W鍍層試樣進(jìn)行真空熱處理，并研究了真空熱處理對(duì)鍍層的影響規(guī)律，從而確定最合適的熱處理工藝。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及鍍層的制備

本實(shí)驗(yàn)以3Cr2W8V為基體材料，基體經(jīng)840 ℃預(yù)熱，加熱溫度1 050 ℃，保溫30 min，油淬火，回火溫度560 ℃保溫2小時(shí)油冷，回火2次。組織為回火馬氏體、殘余奧氏體和少量合金碳化物。試樣尺寸為18 mm×18 mm。采用BMP200電刷鍍機(jī)制備電刷鍍鍍層，其工藝流程為：表面準(zhǔn)備—電凈—自來(lái)水沖洗—1號(hào)活化液活化—自來(lái)水沖洗—3號(hào)活化液活化—自來(lái)水沖洗—用特殊鎳打底層—自來(lái)水沖洗—鍍Co-W工作層。各工序的工藝參數(shù)如表1所示。

1.2 真空熱處理

本實(shí)驗(yàn)對(duì)電刷鍍?cè)嚇舆M(jìn)行真空退火處理，真空度為3.0×10-5 Pa，溫度分別為200 ℃、350 ℃、550 ℃、750 ℃和900 ℃，保溫時(shí)間為1 h。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鍍層截面金相形貌

鍍層的截面形貌如圖1所示。由圖1可以看出，鍍層的質(zhì)量均較好，分析認(rèn)為鍍層晶粒與基體金屬晶粒相互鑲嵌，它們之間存在庫(kù)侖力，鍍層之間相互鑲嵌，可以補(bǔ)充細(xì)微的裂紋［3］。而經(jīng)過(guò)熱處理的鍍層比未經(jīng)過(guò)真空熱處理的涂層結(jié)構(gòu)更致密，經(jīng)熱處理后鍍層厚度均勻，鍍層表面比較平直，結(jié)合好。這是因?yàn)殡娝㈠兊年帢O電解過(guò)程中隨著主反應(yīng)金屬的沉積，同時(shí)伴有副反應(yīng)氫氣的析出［4］，這樣一部分氫離子在陰極表面還原成為氫分子H2由溶液表面逸出，另一部分以原子氫狀態(tài)滲入基體和鍍層中。熱處理使鍍層及基體中的氫進(jìn)一步析出，使得鍍層的致密度增加。

2.2 鍍層的厚度

刷鍍層厚度是衡量鍍層質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，它除了影響某些零部件的公差配合或修復(fù)尺寸的要求外，還能直接影響工件的耐蝕性、耐磨性和導(dǎo)電性，從而大大影響產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。鍍層厚度粗略測(cè)量方法：先用螺旋測(cè)微器測(cè)量處理前工件尺寸，刷鍍完后再次測(cè)量工件尺寸，兩者之差即鍍層厚度。考慮到這樣測(cè)量的誤差比較大，故鍍層厚度的測(cè)量采用截面金相法。即從每個(gè)刷鍍?cè)嚇拥南嗤瑓^(qū)域選取樣本，經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨、拋光以及腐蝕等工序后，在金相顯微鏡下觀測(cè)鍍層的厚度，每一個(gè)樣本取5個(gè)采樣點(diǎn)，以其平均厚度為復(fù)合鍍層的厚度，不同處理溫度下的鍍層厚度見表2。

2.3 鍍層的硬度

試驗(yàn)中使用HX-71型顯微硬度計(jì)測(cè)定鍍層的表面硬度，刷鍍?cè)嚇影凑战鹣嘣嚇拥囊竽テ健伖夂螅?％的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕，在允許的范圍內(nèi)選擇較大的載荷，以減小測(cè)量誤差。測(cè)試載荷為100 g，加載時(shí)間為15 s，每個(gè)試樣取鍍層3個(gè)不同區(qū)域測(cè)試后取平均值，其測(cè)量結(jié)果見表3。

從表3可以看出，隨著熱處理溫度的提高，復(fù)合鍍層的硬度也在升高。在750 ℃溫度下達(dá)到最大值，但熱處理溫度進(jìn)一步升高時(shí)，涂層的硬度則明顯下降，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是，在750 ℃時(shí)，Co-W合金過(guò)渡層將產(chǎn)生細(xì)小而彌散的新相Co3W，產(chǎn)生了二次硬化現(xiàn)象［5］。熱處理溫度進(jìn)一步升高，Co3W相就會(huì)發(fā)生聚集粗化，共格關(guān)系被破壞，鍍層合金的彌散度減小，故硬度值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.4 鍍層的結(jié)合強(qiáng)度

鍍層的結(jié)合力是評(píng)定鍍層使用性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它表示鍍層與工件之間的連接強(qiáng)弱，是鍍層工作的基礎(chǔ)。若鍍層的結(jié)合力不合格，則無(wú)需進(jìn)行其他性能的檢測(cè)，可見鍍層結(jié)合力的重要性。目前多以定性的測(cè)試方法為主。常采用的試驗(yàn)方法包括：銼削試驗(yàn)、淬火試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、劃痕試驗(yàn)、折斷試驗(yàn)以及錘擊試驗(yàn)等［6］。本文選用WS-92型鍍層附著力劃痕試驗(yàn)機(jī)對(duì)鍍態(tài)下和不同溫度熱處理后的試樣的不同部位測(cè)出3個(gè)數(shù)值，取平均值。

鍍層與基體的結(jié)合力可以理解為單位面積上不使鍍層金屬與基體金屬在界面上相分離的最大作用力，金屬鍵合是鍍層與基體結(jié)合中最主要的力。不僅鍍層與基體在彼此的界面處靠這種力結(jié)合，而且在鍍層增厚過(guò)程中的金屬晶格的長(zhǎng)大也是靠這種力結(jié)合［6］。由于基體的硬度不同，故其對(duì)涂層的金屬鍵合力不同，硬度越高，所施加的金屬鍵合力越大，涂層與基體的結(jié)合力越好。由表4可以看出在750 ℃隨著熱處理溫度的升高，鍍層與基體之間的結(jié)合力也在增加，在550 ℃和750 ℃時(shí)所測(cè)得的結(jié)合力均超過(guò)100 N，這表明Co-W涂層經(jīng)過(guò)熱處理后具有良好的塑性變形能力，是一種韌性涂層。

3 結(jié)論

本文以3Cr2W8V為基體，采用電刷鍍工藝制備了Co-W合金鍍層，在真空條件下進(jìn)行了退火處理，運(yùn)用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡等設(shè)備對(duì)不同退火溫度下鍍層的組織、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究，得出了以下結(jié)論：

（1）真空退火可以提高鍍層的硬度及結(jié)合力；

（2）對(duì)鍍層進(jìn)行750 ℃左右的真空退火處理，鍍層的硬度及結(jié)合力都達(dá)到了最大值，具有最佳的綜合性能。

參考文獻(xiàn)：

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