Q235鋼表面化學鍍Ni_P合金的工藝和耐蝕性研究

1、云 南 大 學 學 報 (自 然 科 學 版 2002, 24(1A :189192CN 53-1045/N ISSN 0258-7971 Journal of Yunnan U niversityQ 235鋼表面化學鍍 Ni -P 合金的工藝和耐蝕性研究閆 洪 1, 杜 強 1, 鄧之福 1, 趙有才 1, 趙云江 2(1. 昆明冶金研究院 重點實驗室 , 云南 昆明 650031;2. 云南省冶金集團總公司 , 云南 昆明 650000摘要 :在 Q235鋼表面進行了 Ni -P 合金的化學鍍 , 以提高 Q235鋼的耐蝕性 . 結果表明 , 化學鍍 Ni -P 合 金可以顯著提高 Q23

2、5鋼在鹽酸 、 硫酸和氫氧化鈉溶液中的耐蝕性 .關鍵詞 :化學鍍 Ni -P 合金 ;Q235鋼 ; 耐蝕性中圖分類號 :TG 174. 44 文獻標識碼 :A 文章編號 (2002- 化學鍍 Ni -P經(jīng)得到廣泛應用 ,普遍 , 1,2. 、 高硬度 、 高耐磨減摩 性 、 鍍層光潔致密 、 孔隙少 、 工藝簡單 、 容易操作等 優(yōu)點 , 加之其覆蓋層厚度均勻 , 能滿足精密尺寸的 要求 ; 無論零件形狀多么復雜 , 只要能與化學鍍鎳 溶液相接觸 , 就能獲得厚度均勻的鍍層 , 而且可根 據(jù) 需要制備出不同厚度的鍍層 . 因此使化學鍍 Ni -P 合金成為各種材料 、 機械設備的最好保護方

3、法和措施 , 在許多工程技術領域作為金屬材料表面 的功能性鍍層 . 目前 , 化學鍍 Ni -P 合金已應用于 航空 、 航天 、 汽車 、 化工 、 電子計算機 、 石油天然氣和 軍事等工業(yè)領域 3. 這項技術的關鍵在于如何有 效的改進鍍制工藝和提高鍍層性能 . 為此 , 我們經(jīng) 過大量的試驗 , 開發(fā)出一種新型的非晶態(tài)化學鍍 Ni -P 合金工藝 , 極大的提高了 Q235鋼表面在酸 性和堿性介質中的耐腐蝕性 .1 實驗方法試驗采用 Q235鋼做基體材料 . 樣品的尺寸為 60mm ×25mm ×1. 5mm. 具體施鍍工藝流程是 :鍍液的組成及工藝條如下 :硫酸鎳 5

4、40g/L次亞磷酸鈉 1045g/L絡合劑 25mg/L18mg/Lp H 值 4. 25. 2溫度 7596裝載量 0. 32dm 2/L試驗所用的試劑均為分析純 , 用蒸餾水配制鍍 液 . 將化學鍍 Ni -P 合金的試片采用全浸腐蝕試 驗法進行耐蝕性實驗 , 并與 Q235鋼做了對比 . 待 測試片經(jīng)化學除油后稱重 , 分別浸入 50mL/L HCl 溶液 、 100mL/L H 2SO 4溶液和 20g/L NaOH 溶液 中浸泡 48h , 經(jīng)過水洗和無水乙醇去除腐蝕產(chǎn)物 后 , 置于 100 烘箱中干燥 15min , 用 TG729B 型 分析天平稱重并按下列公式計算腐蝕速度 4

5、:V =S tV :腐蝕速度 , mg/cm 2 h ; m 0:腐蝕試驗前金 屬質量 ,mg ; m t :腐蝕試驗后并去除腐蝕產(chǎn)物的金 屬質量 ,mg ; S :試樣的腐蝕面積 ,cm 2; t :腐蝕試驗 時間 ,h.Ni -P 合金鍍層的成分由 EDA -9100型電子 探針分析測定 , 在 ASM -SX 型掃電子顯微鏡下觀 察 Ni -P 鍍層與 Q235鋼基體的結合情況 , 用日本 理學 3015型 X 射線衍射儀對化學鍍 Ni -P 合金 和 Q235鋼的組織結構進行分析 .2 試驗結果分析及討論2. 1 鍍液成分和工藝條件2. 1. 1 硫酸鎳的影響 硫酸鎳是鍍液中的主鹽 ,

6、 是鍍層中鎳的來源 . 如圖 1所示 , 當硫酸鎳濃度從 5g/L 變化到 20g/L 時 , 隨著硫酸鎳濃度的增加 ,收稿日期 :2001-11-15基金項目 :云南省自然科學基金資助項目 (2000E0100M .鍍層的沉積速度增大 , 在硫酸鎳濃度為 20g/L 時 ,沉積速度達到最大值 . 當硫酸鎳濃度超過 20g/L 時 , 沉積速度隨硫酸鎳濃度的升高而緩慢下降 , 為 保 證 鍍 液 有 較 好 的 穩(wěn) 定 性 , 硫 酸 鎳 濃 度 應 在 20g/L 時為好 . 2. 1. 2 次亞磷酸鈉的影響 次亞磷酸鈉的作用是 通過催化脫氫 , 提供活潑的新生態(tài)氫原子 , 把鎳離 子還原成

7、金屬鎳 . 與此同時 , 使鍍層中含有磷 , 形成 鎳磷合金鍍層 . 圖 2是次亞磷酸鈉對沉積速度的影 響 , 隨著次亞磷酸鈉濃度的升高 , 沉積速度增大 , 當 濃度為 24g/L 時 , 出現(xiàn)極限沉積速度 ; 而次亞磷酸 鈉濃度在 24g/L 以上時 , 沉積速度降低 . 如果 , 次 亞磷酸鈉濃度過高 , 就會使鍍液穩(wěn)定性下降 , 易于沉淀 , 鍍層表面質量變差 . 因此 , 次亞磷酸鈉濃度應 維持在 24g/L 左右 . 2. 1. 3 鍍液 p H 值的影響 高的 p H 值將有利于 H 2PO -2的催化脫氫 , 得到較高的沉積速度 . 如圖 3所示 , 隨著 p H 值的升高 ,

8、 沉積速度明顯增大 ; 當 p H 值大于 4. 8時 , 沉積速度變化不大 , 所以 , 實驗 中的 p H 值應選擇 4. 6. 2. 1. 4 鍍液溫度的影響 施鍍溫度對沉積速度有 直接影響 , 從圖 4 可以看出 , 溫度低于 85 時 , 沉 積速度較慢 , 溫度高于 85 時 , , , , 溫度高于 96 時 , 88, .圖 1 硫酸鎳濃度對沉積速度的影響 圖 2 次亞磷酸鈉對沉積速度的影響圖 3 鍍液 pH 值對沉積速度的影響 圖 4 鍍液溫度對沉積速度的影響 通過以上試驗證明 , 最佳鍍液組成及工藝條件為 :硫酸鎳 20g/L 次亞磷酸鈉 24g/L 絡合劑 25mg/L

9、添加劑 18mg/L p H 值 4. 6溫度 92 裝載量 0. 32dm 2/L由電子探針測定化學鍍 Ni -P 合金的成份 是 :Ni:91.4%,P :8.6%.2. 2 化學鍍 Ni -P 合金的組織結構和性能 2. 2. 1 鍍層的組織結構 圖 5為掃描電鏡的分析 試驗結果 , 從圖中可以看出 , Ni -P 合金鍍層與 Q235鋼基體結合良好 , 鍍層平整且呈均勻致密的 層狀組織 .用 X 射線衍射儀進行的分析表明 , 如圖 6所 示在鍍態(tài)情況下 , 化學鍍 Ni -P 合金在衍射角 45°處出現(xiàn)了拓寬了的漫散分布衍射峰 , 說明鍍層是明 顯的非晶態(tài)結構 . 而 Q23

10、5鋼的 X 射線衍射圖中的 衍射峰比較尖銳 , 還出現(xiàn)了 110,200和 211晶 面衍射峰 , 說明 Q235鋼完全是晶體結構 .91云南大學學報 (自然科學版 第 24卷 圖 5 Ni -P 鍍層與 Q 235500 圖 6-Q 235鋼基體的 X 射線衍射圖2. 2. 2 力 5. 將鍍有 Ni -P 鍍層的試樣先在 300 的加熱 爐中保溫 1h , 然后取出試樣放入室溫的水中淬火 , Ni -P 合金鍍層沒有產(chǎn)生起泡和剝落 . 另外 , 將試 樣夾在臺鉗中 , 用銼刀與鍍層呈 450, 銼去非主要 表面 , 露出 Q235鋼基體和 Ni -P 鍍層界面后 , 沒 有發(fā)現(xiàn)鍍層起皮現(xiàn)象

11、 . 從兩種結合強度定性測試方 法的試驗結果可以看出 , 化學鍍 Ni -P 合金與 Q235鋼基體結合牢固 .2. 2. 3 鍍層的耐蝕性 將 Ni -P 合金鍍層和 Q235鋼的試樣 , 分別置于鹽酸 、 硫酸和氫氧化鈉溶 液中 , 在室溫下進行腐蝕試驗 , 結果見表 1. 從表 1可以看出 ,Ni -P 合金鍍層在氫氧化鈉溶液中的抗蝕性極強 , 根本不受腐蝕 ;Q235鋼在氫氧化鈉溶液 中的腐蝕速度是 :4. 17×10-3mg/(cm 2 h . 在鹽 酸和硫酸溶液中 , 由于 Ni -P 合金鍍層是非晶態(tài) 結構 , 它不具有晶態(tài)合金中晶相組織 , 因此 , 它無法 構成腐蝕

12、微電池 , 同時 ,Ni -P 非晶態(tài)合金的耐蝕 性明顯優(yōu)于晶態(tài) Q235鋼 . 在 50mL/L HCl 溶液 中 ,Ni -P 合金鍍層的腐蝕速度是 0. 0625mg/(cm 2 h ,Q235鋼的腐蝕速度為 1. 8157mg/(cm 2 h ,Ni -P 合金鍍層的耐蝕性比 Q235鋼高 29倍 ; 而在 100mL/L 硫酸溶液中 ,Ni -P 合金鍍層的腐 蝕速度是 0. 38mg/(cm 2 h ,Q235鋼的腐蝕速度 是 7. 718mg/(cm 2 h ,Ni -P 合金鍍層的耐蝕性 是 Q235鋼的 20倍 .表 1 Ni -P 合金鍍層和 Q 235鋼在各種腐蝕介質中的

13、全浸腐蝕試驗結果腐蝕速度 /(mg cm -2 h -150mL/L HCl100mL/L H 2SO 420g/L NaOHNi -P 合金鍍層0. 06250. 380Q235鋼1. 81577. 7184. 17×10-3 非晶態(tài) Ni -P 合金鍍層具有高耐腐蝕性的另一個原因 , 是由于它容易在表面形成鈍化膜 , 在 Ni -P 合金鍍層中 , 元素 P 在合金形成鈍化膜的過程 中能提高合金本身的反應活性 , 導致膜元素的富 集 , 從而提高合金的鈍化能力 6,7. 此外 , 由于 P 的 共析使 Ni -P 合金鍍層在腐蝕介質中形成了起鈍 化作用的磷化膜 , 該磷化膜比純鎳

14、的鈍化膜更穩(wěn) 定 8, 因此 ,Ni -P 鍍層表現(xiàn)出優(yōu)良的抗蝕性 .3 結 論(1 采用優(yōu)選出的化學鍍鎳工藝 , 能制備出具 有非晶態(tài)結構的 Ni -P 合金鍍層 . 鍍層光亮致密 , 與基體結合力好 .(2 Ni -P 非晶態(tài)合金鍍層在鹽酸 、 硫酸和氫 氧化鈉溶液中的耐腐蝕性相當好 , 大大優(yōu)于 Q235鋼 .191第 1A 期 閆 洪等 :Q235鋼表面化學鍍 Ni -P 合金的工藝和耐蝕性研究(3 Ni -P 鍍層的耐蝕性與鍍層的非晶態(tài)結 構及鍍層表面所形成的鈍化膜和磷化膜有關 .參 考 文 獻 1 HAJDU J , ZABROCKY S. The future of electr

15、oless nickel metal finishingJ.2000. 98(5 :42 46. 2 RIDEL W. 化學鍍鎳 M .羅守富譯 . 上海 :上海交通 大學出版社 ,1996.3 閆 洪 . 現(xiàn)代化學鍍鎳和復合鍍新技術 M .北京 :國 防工業(yè)出版社 ,2001. 4 曲敬信 , 汪泓宏 . 表面工程手冊 M .北京 :化學工業(yè) 出版社 ,1998.5 G B/T13913-1992, 自催化鎳磷鍍層 , 技術要求和試 驗方法 S.6 王克武 , 羅邦容 . 磷含量在化學鍍層中對其性能的影 響 J.表面技術 ,1996,25(5 :15 18.7 RAJAM D K. Phos

16、 phorus content and heat treat treat 2 ment effects on the corrosion resistance of electroless nickelJ.Plating and Surface Finishing 1990,77(9 : 63 66.8 李 春 . 非晶態(tài)鍍層的進展 J.,1996,18 (4 :63 66.Study onon Q235SteelYAN Hong , DU Qiang , DEN G Zhi 2fu , ZHAO Y ou 2cai(Kunming Metallurgy Research Institute

17、, Yunnan 650031,China Abstract :The article studied on electroless plated Ni -P alloy on the surface of Q235steel for improving the corrosion resistance of the materials. The results showed that corrosion resistance of Q235steel in HCl , H 2SO 4,NaOH solution were increased after electroless plating

18、 Ni -P alloy.K ey w ords :electroless plating Ni -P alloy ;Q235steel ;corrosion resistance 33333333333333333333333333333333333333 (上接第 188頁 參 考 文 獻 1 趙 斌 , 劉志杰 , 蔡夢軍 , 等 . 超細銅粉的水合肼還原 法制備及其穩(wěn) 定 性 研 究 J.華 東 理 工 大 學 學 報 ,1997,23(3 :371 377.2 鄭精武 , 姜力強 . 銅粉的電解工藝制備研究 J.材料 科學與進展 ,2000,11:101 104.3 胡榮澤 . 粉末顆粒和孔隙測量 M .北京 :冶金工業(yè)出 版社 ,1982.Study on Grain Diameter and Morphology of Copper PowderCHEN Li , LOU Bai 2yang , ZHEN G Xiao 2hua(College of Mechanical &Electrical Engineering ,Zhejiang University of Technology ,Hangzhou 310032,China Abstract :The grain diameter and morphology of copper po