锅炉用钢Ni-P合金化学镀的工艺研究.doc

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1、锅炉用钢Ni-P合金化学镀的工艺研究作者:田丰 张罡 姜威 黄刚  摘要:以锅炉用钢20g为基体,介绍了一种高磷的化学镀Ni-P合金工艺,研究了工艺参数对化学镀Ni-P镀层镀速和稳定性的影响,并确定最适宜配方。  关键词:化学镀;高磷;Ni-P合金;锅炉钢    1引言    目前工业锅炉的腐蚀问题已十分突出和严重,仅沈阳市就有约四千多台锅炉,由于锅炉的腐蚀和耐磨等问题,不仅造成锅炉设备大修过早报废,直接导致经济损失,而且易发生各种事故,给安全生产带来隐患。  化学镀一般指化学镀Ni-P合金,是采用镍盐和还原剂在同一溶液中进行的自催化氧化-还原反应,从而在工件表面沉积出Ni-P合金

2、镀层的表面处理技术。Ni-P合金镀层由于具有较高的硬度、耐磨性、润滑性、优异的耐蚀性和良好的钎焊性能,尤其是制备的高磷镀层具有非晶态结构,非晶态的高磷镀层具有非磁性、较低的电阻温度系数(TCR)、优良的耐蚀性等优点,因此利用优质碳素钢锅炉用钢(20g)进行表面化学镀实验,在锅炉用钢表面镀上镍磷化学镀层,从而提高锅炉设备热部件抗磨抗蚀,提高表面硬度,延长使用寿命,对于我国蒸汽及动力锅炉使用具有重要实际应用价值和理论意义,同时还可以向大型电站锅炉等领域推广。    2实验方法    2.1镀液组成及工艺条件  NiSO4•6H2O25~40g/L;NaH2PO225~30g/L

3、;Pb(AC)2微量;Na(AC)12~15g/L;络合剂1(15g/L乳酸);络合剂2(15g/L柠檬酸);络合剂3(4g/L乳酸+15g/L柠檬酸);络合剂4(3g/L乳酸+13g/L柠檬酸);络合剂5(12g/L乳酸+3g/L柠檬酸);温度82~90℃;pH值4.5~4.8。  2.2施镀基材  实验采用的试样基材为20g(锅炉用钢),试样尺寸为20mm×15mm×10mm,原始硬度为HV189.22。  2.3施镀工艺条件及流程  打磨→化学除油→清洗→20%H2SO4→清洗→3%H2SO4→清洗→快速入槽→吹干→除氢  2.4性能测试  2.4.1沉积速度的测定  采

4、用称重法来测定镀层的沉积速度,沉积速度为:  v=ΔW/ρ×S×t×104(μm/h)  式中:ΔW-试件的增重,g;  ρ-镀层平均密度,按含磷量为9%计算,则密度为7.9g/cm3;  S-镀层面积,cm3;2  t-时间,h。  2.4.2镀液稳定性的测定  采用PdCl2实验法测定镀液稳定性。将含有稳定剂的化学镀镍溶液加热到工作温度,向其中加入1-2ml浓度为100mg/l的氯化把溶液,测量生成黑色沉淀的时间,根据时间长短来判断其稳定性。  2.4.3显微硬度  检测方法用日本Future科技产的FM-300显微硬度仪测定镀层硬度,对每个试片取5个不同位置测试,然后

5、取平均值。载荷为10g,加载时间5s。  2.4.4镀层表面形貌及镀层含磷量的测定  采用日本岛津公司生产的S2400N扫描电镜及能谱仪分析测定    3优化镀层的显微结构及能谱分析    通过多次的实验得到的最适宜方案:硫酸镍30g/L,次亚磷酸钠为28g/L,醋酸铅1.0mg/L,醋酸钠13g/L,络合剂为柠檬酸10g/L,乳酸4,pH值为4.5,施镀温度为90℃。用SEM观察最适宜镀层表面、横截面形貌并进行分析。  3.1镀层表面显微形貌  镀层具有胞状结构,平均粒度为5μm,沉积方式为颗粒堆积,为典型的非晶结构,显微硬度为HV727.92,与原始基体相比硬度提高约3.78

6、倍。  3.2镀层表面能谱分析  由扫描电镜能谱分析获得最适宜镀液的镀层成分结果见图3.2,由图可以看出,镀层中只有镍和磷两种元素,其中,磷含量为15.10%。据文献报道Ni-P镀层只要含磷量在8%(w)以上,就具有非晶结构。因此,此镀层为非晶结构镀层,从而使得镀层的耐蚀性好。    4结语    (1)最适宜的镀液组成为:硫酸镍30g/L,次亚磷酸钠为28g/L,醋酸铅1.0mg/L,醋酸钠13g/L,柠檬酸10g/L,乳酸4,pH值为4.5,施镀温度为90℃。  (2)采用最适宜工艺得到的镀层,镀层致密无缺陷,镀层含磷量为15.10%,镀层硬度高达HV727.92,镀液稳定,沉

7、积速度为22.38μm/h。    参考文献  [1]ShaoGJ,QinXJ,WangHY,etal.InfluenceofREelementonNi-Pcoelectrodepositionprocess[J].MaterialsChenistryandPhysics,2003,80(3):334.  [2]ShuklaS,SealS.RahamanZ.Electrolesscoppercoat

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