粉末冶金零件的化学镀镍技术原理及应用

对于用在特定场合的机械零件来说,当要求它既美观又有好的耐蚀性时,人们往往通过对零件表面电镀一层耐蚀性好的金属来解决问题,如镀铬、镀镍等等。但粉末冶金零件由于存在孔隙,往往很难对其施镀,或者是受镀后的零件耐蚀性依然很差,且腐蚀往往从零件内部开始并向表面扩展,达不到预期的效果。因此,粉末冶金零件的电镀问题长期以来被人们视为难题。迄今为止,国内仅有少数厂家解决了粉末冶金零件的电镀问题,但亦由于镀前必须先填堵孔隙,由此带来电镀工艺复杂化,电镀成本大幅度提高,使得对粉末冶金零件的电镀丧失了经济性。

    作者通过大量试验,成功地应用化学催化方法在铁基粉末冶金零件表面镀上一层厚度均匀且致密的非晶态Ni-P合金。由于镀层是在零件表面催化反应获得的,镀层与零件表面是化学键的结合,因而其结合强度很好;又因镀层呈非晶态结构,其耐蚀性能也很佳。试验证明,粉末冶金零件的化学镀镍层完全能满足实际应用的要求。

    2化学镀镍原理及工艺

    2.1化学镀镍原理[1]

    在催化剂Fe的催化作用下,溶液中的次磷酸根在催化表面催化脱氢,形成活性氢化物,并被氧化成亚磷酸根;活性氢化物与溶液中的镍离子进行还原反应而沉积镍,其本身氧化成氢气。即:

    2H2PO2-+2H2O+Ni2+→Ni0+H2↑+4H++2HPO32-。

    与此同时,溶液中的部分次磷酸根被氢化物还原成单质磷进入镀层。即:

    H2PO2-+[H+](催化表面)→P+H2O+OH-,所形成的化学镀层是NiP合金,呈非晶态簿片结构。

    2.2化学镀镍工艺

   2.2.1工艺流程

    化学镀镍工艺流程如下:抛光→清洗→除油→清洗→活化→清洗→化学镀镍→清洗→精抛。

   2.2.2工艺参数化学镀镍镀液主要原料配比

    3镀层的性能3.1镀层的附着强度[2]

    用3种方法对镀层的附着强度做定性试验,并与合格的电镀镍粉末冶金零件比较。3.1.1锉刀试验

    将化学镀镍和电镀镍的粉末冶金零件各锯开一个断面,然后将零件在虎钳上夹紧,用粗齿扁锉从基体向镀层方向锉粉末冶金零件,锉时锉刀与镀层约成45°夹角。锉削全过程中,化学镀镍件镀层未出现剥离现象,而电镀镍件镀层部分剥离。

3.1.2磨、锯试验

    对化学镀镍件和电镀镍粉末冶金件,用Al2O3砂轮片从基体向镀层方向磨削镀件边缘,用钢锯从基体向镀层方向锯镀件。

    磨削过程中电镀镍件镀层出现部分剥离,锯削过程中两种镀层均未出现剥离。

   3.1.3热震试验

    将化学镀镍粉末冶金件和电镀镍粉末冶金件分别在箱式炉里加热到某一温度,保温10min,取出后在水中激冷。

    电镀镍件加热至300℃,取出后在水中激冷时出现镀层脱落现象,而化学镀镍层加热至600℃,取出后在水中激冷未出现脱落现象。

    3.2耐蚀试验

    在相同试验条件下,比较电镀镍和化学镀镍粉末冶金零件的耐蚀性能。321CO气体腐蚀试验

    将电镀镍和化学镀镍的粉末冶金零件置于室温、常压及CO浓度为1%～2%的环境中,测定镀层出现锈斑的时间。结果是电镀镍件表面312h出现锈斑,化学镀镍件表面360h出现锈斑。3.2.2NaCl溶液腐蚀试验

    按50g/L的浓度配制2000mLNaCl溶液,然后分装在两只规格为1000mL的烧杯中,再分别将已用尼龙丝扎好的化学镀镍粉末冶金件和电镀镍件悬吊于溶液中间。结果是电镀镍粉末冶金件表面76h出现锈斑,化学镀镍件表面100h才出现锈斑。

    33化学镀镍层的稳定性试验

    将化学镀镍零件(家用针织机拔条座)置于室外的百叶箱中,使零件在常压下不受阳光直晒和雨水浸蚀,百叶箱内空气流通。零件在轻微工业性气体介质腐蚀(相当于城郊大气条件,空气呈轻微酸性,环境温度6～36℃)的条件下,从1999年10月放置至今(已三年时间)依然光亮如镜,表明化学镀镍层稳定性和耐久性良好,完全能满足实际使用的要求。

    4讨论

    化学镀镍技术与传统电镀镍技术的比较:

    (1)化学镀镍其过程是在催化剂(Fe)的催化作用下,零件表面发生化学反应的过程。所获得的镀层与基体之间是化学键的连接。而电镀镍工艺所获得的镀层是在电流作用下单向沉积的单金属镍层。化学镀镍层与基体的结合强度及耐蚀性优于电镀镍层。

    (2)化学镀镍工艺能适应任何型面的施镀,只要镀液能浸泡到的型面均可镀到,而电镀镍工艺只能对简单的型面施镀。

 (3)粉末冶金件化学镀镍工艺简单,零件无需堵孔,设备投资小,容易实现批量生产。而粉末冶金件电镀工艺复杂,零件必须堵孔,设备投资大。

    (4)化学镀镍工艺成本低,电能仅用以供镀液加热使用;在连续作业时,使用过的镀液经补加镀液成分后可继续使用,大大节约电能。而电镀镍工艺在零件电镀时所需电流密度为2～25A/dm2,同时镀液仍然要加热到40～50℃。经测算,化学镀镍工艺每平方分米镀层平均耗电008kW·ｈ,而电镀镍工艺则耗电01kW·ｈ。

    (5)化学镀镍工艺成本为02～03元/m2,而电镀镍工艺则为04～05元/m2。

    (6)化学镀镍工艺无废气排放,仅有少量的清洗液,经处理后不污染环境。而电镀镍工艺则有大量的废气、废水排放,污染环境。

    综上所述,化学镀镍工艺是铁基粉末冶金零件镀覆的较先进的工艺,有着传统电镀镍工艺不可比拟的优越性。极具推广应用价值。

    我公司已将化学镀镍技术应用于针织机粉末冶金拨条座的批量生产,获得一定的经济效益和社会效益。

    5结论

    1)化学镀镍工艺能使铁基粉末冶金零件表面获得厚度均匀、性能优良的非晶态NiP合金层。

    2)化学镀镍技术能实现铁基粉末冶金零件的大批量镀覆,具有广阔的应用前景。

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