化學復合鍍的研究與應用

毛良程

【摘 要】化學復合鍍層因復合粒子的性能特點而廣泛應用。本文就國內外化學復合鍍的研究現狀和發展趨勢進行了綜述。具體從硬度、耐磨性、自潤滑性方面對各種Ni-P基、Ni-B基化學復合鍍的工藝研究及鍍層結構與性能特點進行了闡述，并認為目前關于化學復合鍍的研究仍然集中在耐磨和自潤滑鍍層方面。對不同化學復合鍍層的應用做了總結，并對其提出了展望。

【關鍵詞】鎳-磷；化學鍍；復合鍍；應用

一、化學復合鍍層的形成機理

大量研究表明，惰性粒子的加人并不影響基質金屬的沉積機理，化學復合鍍鎳的沉積如Cutezit C的催化理論，即在催化表面發生如下反應，形成Ni-P合金。

[H2PO2]-+H2O→[HPO3]2-+H++2H

Ni2++2[H]→Ni+2H+

[H2PO2]-+H→H2O+[OH]-+P [1]

化學復合鍍中顆粒共沉積機理的研究建立在復合電沉積機理的基礎上，復合電沉積機理主要有：（1）機械截留機理一即粒子依靠機械作用力懸浮于鍍液并與鍍件表面接觸，部分實現強吸附而形成的共沉積；（2）電化學機理一即粒子依靠吸附正離子，在界面和外加電場的作用下移向陰極表面發生的共沉積〕化學復合鍍不存在外加電場，其沉積機理更多地認為以機械截留為主?；瘜W復合鍍時，鍍件表面對沉積金屬具有均勻的催化活性，鍍層以疊層方式生長，基質金屬以面沉積方式同時俘獲大量顆粒，而非復合電鍍中只有靠近金屬沉積點附近的粒子才能被鑲人鍍層，因此化學復合鍍中基質金屬在短時間內可以完成對大量顆粒的俘獲，延長施鍍時間并不能改變復合粒子的共析度

二、化學鍍Ni-P 新工藝

隨著人們對鍍層性能要求的日益提高，傳統的Ni-P鍍層已不能完全滿足要求，化學鍍Ni-P基合金、化學復合鍍Ni-P應運而生。這些工藝不僅具有傳統化學鍍Ni-P合金的許多優點，如均鍍、深鍍能力好，鍍層致密，施鍍工藝簡單，便于在各種新型材料上應用等，還可以勝任許多單金屬鍍層無法勝任的場合，并成為化學鍍Ni-P的主要研究方向。

（一）化學鍍Ni-P基合金工藝

化學鍍Ni-P基合金是指在化學鍍Ni-P的基礎上加入第三組元或更多組元而形成的合金，通過合金化的方法調整和改變材料的微觀結構，從而改善其物理化學特性。如加入高熔點、高硬度的鉻族元素W、Cr等，以提高鍍層的耐磨、耐熱及耐蝕性能；加入Fe、Co元素，改善鍍層磁性能；加入Cu、Sn，滿足鍍層的可焊性、導電性要求。

（二）化學復合鍍Ni-P工藝

自1966年W.Metzger成功制備出Ni-P-Al2O3化學復合鍍層以來，化學復合鍍的研究進行得廣泛而深入?；瘜W復合鍍是指在化學鍍溶液中加入不溶性微粒，使之與化學鍍合金共沉積從而獲得具有各種不同物理化學性質的鍍層的一種工藝。隨著納米技術的發展，納米化學復合鍍成為目前研究的熱點。它以納米微粒作為添加劑，可以得到性能更優的鍍層。

在鍍液中加入納米SiC、納米TiO2粒子，通過合適的鍍液成分及工藝參數所得到的性能優良的復合鍍層，在硬度和耐磨性方面都有明顯提高。高加強采用化學鍍方法獲得了Al2O3、TiO2或SiC多種納米粒子改性的Ni-P合金化學復合鍍層，并深入研究了其晶化行為。結果表明，納米粒子降低了非晶態化學鍍Ni-P合金基體的晶化溫度，原因是納米粒子在非晶態基體中引入了界面，導致界面增加，從而改變鍍層的晶化行。

三、化學復合鍍層的應用

化學復合鍍層因復合粒子的性能特點在機械、航空、汽車及電子工業中應用廣泛。

Ni-P-SiC化學復合鍍層廣泛應用于汽車發動機零件，Ni-P-SiC（w=20%～25%）復合鍍層用于玻璃、強化塑料成型用模具時，耐熱性好，在溫度低于316℃下可連續使用，低于538℃可間斷使用。由于鍍層致密、表面光滑、尺寸精度高，Ni-P-SiC復合鍍層廣泛應用于高壓閥、紡織機械、牙科醫療機械等方面。

Ni-P-Si3N4復合鍍層應用于柴油機零件活塞環上，可以使活塞環的耐磨性提高2倍。Ni-P-PTFE復合鍍層不僅具備Ni-P合金的優異性能，同時因為PTFE的加入使得其具有減摩、不粘性、抗咬合等性能特點，使得這種復合鍍層具有廣泛的用途。抽油桿上施鍍Ni-P-PTFE復合鍍層，可使抽油桿的粘滯阻力比常規鍍Ni-P的抽油桿下降20%，可減少抽油桿的磨損斷裂事故，延長使用壽命。將Ni-P-PTFE復合鍍層應用在精紡機鋼令以及不銹鋼勺拉伸模上，效果顯著，使工件壽命成倍提高。將塑料模具進行化學復合鍍，結果表明其低的摩擦系數可使得模具的使用壽命提高，防止工件粘模，改善制品表面質量。除上述應用外，Ni-PPTFE復合鍍層還可用于座椅安全帶，以保證在安全情況下的活動自如。磁盤上的齒輪鍍一層Ni-P-PTFE復合鍍層，可以避免因硬質粒子污染而導致對磁盤的刮擦。另外，復印機和打印機上的磨損部件要和紙張發生成千上萬次的摩擦，如果鍍覆這種自潤滑鍍層，將會有效延長這些零部件的使用壽命。電子開關因為開與關的頻率較高，通過Ni-P-PTFE鍍覆可以減少摩擦，提高壽命，節省成本。[5]5μm厚的Ni-P-PTFE復合鍍層可使得鋁制氣動機的壽命從原來的30000周期提高到3000000周期。除此之外，在許多滑動摩擦副中，該復合鍍層的應用效果更佳，例如：軸承、泵、閥件、缸套、活塞、襯套、導向筒等，特別是在一些不允許或難添加潤滑油的場合，如食品機械、真空、太空機械等。這種鍍層的自潤滑功能，在食品、廚房器具上應用可發揮鍍層憎油、憎水特性，利于保潔。總之，Ni-P-PTFE復合鍍層具有廣泛的用途，已被用于各行各業。