无刻蚀镀铁电沉积机理及综合性能

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1、无刻蚀镀铁电沉积机理及综合性能引　言MeлkobM.П介绍的镀铁是将零件表面的刻蚀与电镀分槽进行的[1]。一个是镀前阳极刻蚀用的硫酸溶液槽;另一个是氯化亚铁镀铁溶液槽。被镀件首先放在30%硫酸溶液中为阳电极，铅板为阴电极。按照刻蚀工艺规范通直流电，当待镀表面形成银白色钝化膜，立即将被镀件从刻蚀槽中吊出，用清水冲洗掉硫酸溶液，然后放在镀铁溶液槽中，不通电浸蚀除掉钝化膜，再进行不对称交流起镀、过渡镀和直流镀。生产中退掉钝化膜的时间很难掌握准确。如果待镀表面浸蚀时间短了钝化膜尚未完全退掉，若浸蚀时间长了待镀表面由于过腐蚀而积碳，都会影响镀铁层与基体的结合强度，造成镀铁层与基体金属

2、结合强度有高有低。镀出来的机械零件在动配合运转中，常有因镀层脱落造成机损事故。文中的无刻蚀镀铁是在氯化亚铁镀液槽中完成对零件表面的交流活化—交流起镀—交流过渡镀—小直流镀—直流过渡镀—全直流镀的全过程，而且优化工艺参数并实现了全过程的计算机控制。由此获得的镀铁层质量稳定、可靠，力学性能优异，零件质量和保证期完全达到再制造的要求[2]。应用无刻蚀镀铁技术已再制造了船舶、机车大型曲轴7　000余件并推广应用于工程机械柴油机曲轴、活塞杆等贵重零部件，已实现规模化生产，并相继获得了中国船级社、英国劳氏船级社、俄罗斯船级社工厂认可证书和铁道部技术认证。文中综合了多年来对无刻蚀镀铁层的

3、测试结果，探讨了无刻蚀镀铁层的沉积机理，分析了镀铁层的特点。1　试验条件1.1　试样与电镀规范试样材料为Q235钢、45钢、低合金钢、42CrMo钢等。金相分析、XRD试样的尺寸分别为10mm×10mm×8mm、Φ9～16mm。镀铁液的主盐为FeCl2·4H2O，350±33g/L(比重1.20±0.2)，镀铁液温度为40±5℃，pH值0.9±0.1，电参数见图1。将施镀电参数编程输入PLC，无刻蚀镀铁电源在施镀全过程实现了无触点换向;输出正、负平滑、连续、准确的交流电流或直流电流，交流输出频率25Hz，稳压和稳流精度≤0.5%。镀液比重、温度(℃)、酸度(pH)参数由自动

4、控制补给系统调控。镀铁过程由微型电子计算机全程自动控制。1.2　测试方法镀铁层的结构、组织应用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)进行分析;镀铁层的内应力、晶粒度及交流活化后的晶面极密度测定都应用了XRD;镀铁层的硬度梯度分布采用显微硬度计测定，镀铁层的结合强度采用改进的奥拉(Ollard)法测定[3-4]，镀铁层的耐磨性采用环—块磨损机测定[3]，镀铁试验弯曲疲劳性能按GB4337-84测试。2　无刻蚀镀铁层的沉积机理研究2.1　零件经交流活化后的表面状态按图1施镀时先将零件放入镀铁液槽进行交流活化处理。交流活化电压

5、为±5V，时间5min。然后按图1(b)规范交流起镀。为证明形成微融活化态界面，扈心坦等分析了交流活化前、后及起镀后的试样在扫描电镜上拍摄的表面形貌[5]，见图2。由图2(a)知，低碳钢试件放入氯化亚铁溶液镀槽前由于经过酸化水清洗，表面产生了少许蚀点，分析是氢离子作用的结果。图2(b)示出了对称交流活化后的低碳钢表面形貌，其特点是微观凹凸不平，而且凹坑是有选择性的。由低碳钢的组织(F+P)在氯化亚铁电解液中的电化学作用规律可知：铁素体(F)比珠光体(P)融解得快，所以图2(b)中的凹坑是铁素体被融解的记录，使该处处于高度的活化状态，这种状态称为微融活化态。当施加阴极有效电压

6、进行不对称交流起镀(见图1中的b段)时，阴极与镀铁液界面中的Fe2+将优先在高活化区获得电子放电沉积，使原凹凸不平的微区变得不甚清晰并形成新的较浅的凹凸表面，其特征见图2(c)。当起镀45s后，镀铁层已完全覆盖了施镀表面(见图2(d))。试验显示，无刻蚀镀铁工艺中的对称交流活化的目的是获得适合于Fe2+选择还原沉积的微融活化态界面，这是获得镀铁层与基体高结合强度的基础条件。2.2　镀铁层沉积中的择优取向择优取向是多晶体物质中晶粒取向呈现某种程度的规律排列的组织状态。镀铁层的择优取向可应用X射线衍射仪测定并计算。试验采用D/MAX-Ⅲ-A衍射仪，测试条件为CoKα，加石墨单色

7、器，测定镀铁层的(110)、(200)和(211)3个晶面的衍射强度并按式(1)求出各晶面的极密度：式中，ρhkl是(hkl)晶面的极密度;Ihkl是测得的(hkl)晶面衍射峰的相对强度;I0hkl是JCPDS卡片经修正为CoKα的值再经石墨单色器修正的值;n是被测衍射线的个数。经XRD测试结果见表1[5]。由表1可知，在镀铁层形成过程中，铁素体3个主要晶面的极密度是变化的：低碳钢在对称交流活化后，(110)晶面的极密度最高，也即最初不对称交流起镀时，Fe2+将沿(110)晶面择优放电沉积;但是在起镀5min后，(