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 
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　　1 引言
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　　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。
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　　2 实验方法
　　
　　2.1 镀液组成及工艺条件
　　niso₄•6h₂o 25～40 g/l；nah₂po₂ 25～30g/l；pb(ac)2微量；na(ac) 12～15g/l；络合剂1（15 g/l乳酸）；络合剂2（15 g/l柠檬酸）；络合剂3（4 g/l乳酸+15 g/l柠檬酸）；络合剂4（3 g/l乳酸+13 g/l柠檬酸）；络合剂5（12 g/l乳酸+3 g/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；
　　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，沉积速度为22.38μm/h。 
　　
　　参考文献
　　［1］shao g j,qin x j,wang h y,et nce of re element on ni-p coelectrodeposition process ［j］.materials chenistry and physics,2003,80(3):334.
　　［2］shukla s, seal n z. electroless copper coating of cenospheres using silver nitrate als letters,2002,57:151. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/259990.html