專利名稱：：一種耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及化學(xué)電鍍科學(xué)，特別提供了一種耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝。技術(shù)背景采用氨基磺酸鎳鹽進(jìn)行鍍鎳，可獲得低應(yīng)力鍍鎳層，然而鍍層的其他性能指標(biāo)如耐熱性、耐腐蝕性不高，在國(guó)內(nèi)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)鎳鍍層從未有耐熱、耐腐蝕要求。我們?cè)诜罎B氮保護(hù)中也采用鍍鎳層，但由于現(xiàn)行工藝形成的鍍層在致密性、孔隙率以及鍍層與基體之間的結(jié)合力均無(wú)法滿足要求，防滲效果很差，經(jīng)常產(chǎn)生漏滲現(xiàn)象，造成零件報(bào)廢，鍍層在高溫及腐蝕性強(qiáng)的條件下無(wú)法應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝以克服鍍層的耐熱性差及耐腐蝕性差的缺點(diǎn)。本發(fā)明提供了一種耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于其特征在于耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油一陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預(yù)鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥；鍍液包含有氨基磺酸鎳、十二垸基硫酸鈉、硼酸、氯化鎳；其中氨基磺酸鎳的濃度范圍為250~350g/l，硼酸的濃度范圍為30~60g/l，十二烷基硫酸鈉的濃度范圍為0.5~2.0g/l。所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，鍍液的溫度范圍在307(TC,鍍鎳電流密度范圍l~4A/dm2，PH值范圍為3.54.5，消除應(yīng)力熱處理溫度范圍為236256度，時(shí)間范圍控制在23h。所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，預(yù)鍍鎳電流密度應(yīng)嚴(yán)格控制在410A/di^之間，并保證電鍍時(shí)間在4~10min之間，確保鍍層厚度達(dá)到鍍前處理對(duì)提高鍍層結(jié)合力是最為關(guān)鍵的，首先我們?cè)黾恿讼龖?yīng)力處理工序，主要目的是減少或消除零件表面在機(jī)械加工中形成的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對(duì)改善鍍層結(jié)合力非常有效。根據(jù)零件的基體材料狀況，消除應(yīng)力熱處理最佳溫度為246度，最佳時(shí)間控制在2h，然后零件必須進(jìn)行嚴(yán)格的除油處理，首先進(jìn)行有機(jī)除油，然后進(jìn)行陽(yáng)極電解除油處理，除掉零件表面的任何動(dòng)植物油及礦物油，并通過(guò)弱腐蝕處理，消除零件表面的鈍化薄膜，使表面活化，提高鍍層與基體間的結(jié)合力。最后進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理即沖擊鍍鎳處理，這是前處理中比較關(guān)鍵的一步。對(duì)此我們開始時(shí)并未引起足夠的重視，因?yàn)橐话闱闆r下，基體材料為合金鋼不需要進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理，但多次試驗(yàn)證明如果不加預(yù)鍍鎳處理，鍍層的結(jié)合力就不合格，結(jié)合力不合格就無(wú)法通過(guò)耐熱性能檢測(cè)。不僅如此，即使增加了預(yù)鍍鎳工序，但如果沖擊鍍的工藝參數(shù)控制不當(dāng)，同樣，結(jié)合力也不合格。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定預(yù)鍍鎳電流密度應(yīng)嚴(yán)格控制在4-10A/dii^之間，并保證電鍍時(shí)間在4-10min之間，確保鍍層厚度達(dá)到13Mm，否則鍍層在進(jìn)行耐熱檢測(cè)時(shí)必然產(chǎn)生鼓泡現(xiàn)象，不僅耐熱性能不合格，而且這種結(jié)合力差的鍍層同樣也無(wú)法通過(guò)鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)，因此，通過(guò)沖擊鍍鎳處理，可迅速在基體表面形成下一步鍍層的牢固性效果非常重要。從圖3、4、5、6中可以看出盡管在其他操作參數(shù)相同的情況下，如果不進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理，或如果在進(jìn)行預(yù)鍍鎳時(shí)工藝參數(shù)控制不當(dāng)，鍍層在進(jìn)行耐熱檢測(cè)時(shí)，鍍層與基體將產(chǎn)生嚴(yán)重的起泡、脫落現(xiàn)象(如圖3所示);如果在進(jìn)行預(yù)鍍鎳時(shí)工藝參數(shù)控制不當(dāng)，則進(jìn)行耐熱檢測(cè)時(shí)，鍍層也會(huì)產(chǎn)生起泡現(xiàn)象，不僅耐熱性不合格，而且在進(jìn)行鹽霧性能檢測(cè)時(shí)起泡位置將產(chǎn)生腐蝕(如圖4所示)；因此前處理不當(dāng)將直接導(dǎo)致鍍層耐熱性檢測(cè)不合格。圖5是按本工藝加工后經(jīng)耐熱檢測(cè)的試件，鍍層仍保持完好狀態(tài)，表明結(jié)合力良好；圖6是按本工藝加工后經(jīng)耐熱檢測(cè)后又經(jīng)過(guò)48h的鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)的試件，鍍層仍保持完好狀態(tài)，沒(méi)有任何腐蝕跡象。從圖3、4、5、6中可以看出盡管在其他操作參數(shù)相同的情況下，如果不進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理，鍍層在進(jìn)行耐熱檢測(cè)時(shí)，鍍層與基體將產(chǎn)生嚴(yán)重的起泡、脫落現(xiàn)象；如果在進(jìn)行預(yù)鍍鎳時(shí)工藝參數(shù)控制不當(dāng)，如電流密度低或時(shí)間短同樣進(jìn)行耐熱檢測(cè)時(shí)，鍍層也會(huì)產(chǎn)生起泡現(xiàn)象，不僅耐熱性不合格，而且在進(jìn)行鹽霧性能檢測(cè)時(shí)起泡位置將產(chǎn)生腐蝕。因此前處理不當(dāng)將直接導(dǎo)致鍍層耐熱性檢測(cè)不合格。最初鍍液主要含有氨基磺酸鎳、氯化鎳、硼酸幾種組分，由于鍍層的耐熱性、耐腐蝕性不合格，我們對(duì)鍍液組成進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，首先降低了氨基磺酸鎳的含量，增加了少量的十二烷基硫酸鈉，并增大了硼酸含量，這些對(duì)改善鍍層質(zhì)量都非常有效。采用氨基磺酸鎳作為主鹽是獲得低應(yīng)力鎳層的基本條件。通常鍍液中氨基磺酸鎳的濃度一般控制在400g/l左右，在此濃度下，電鍍可采用相對(duì)高的電流密度，這種鍍液雖然可以得到應(yīng)力較低的鍍層，但鍍層的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較粗糙。氨基磺酸鎳是鍍鎳的主鹽，它的濃度大小直接影響鍍層的沉積速度，濃度越高沉積速度越快，但較高的濃度極易引起鍍層粗糙，影響鍍層的致密性。因此，我們將氨基磺酸鎳的濃度范圍控制在250350g/1。當(dāng)然氨基磺酸鎳濃度不是獨(dú)立參數(shù)，它對(duì)鍍層粗糙度的影響還應(yīng)與電流密度結(jié)合起來(lái)考慮。硼酸是鍍鎳中常用的緩沖劑，其主要作用是穩(wěn)定鍍液的PH。通常它的濃度控制在30g/l左右。在鍍鎳過(guò)程中，必須要嚴(yán)格控制PH值，PH過(guò)低，If容易放電，不僅降低了電流效率，還使鍍層易產(chǎn)生針孔，增加鍍層的孔隙率。PH過(guò)高，陰極周圍的金屬離子會(huì)以金屬氫氧化物的形式夾入鍍層中，造成鍍層結(jié)構(gòu)粗糙，應(yīng)力增加，這些都將影響鍍層的耐熱性能和耐蝕性能。因此硼酸的緩沖作用十分重要。硼酸還使鍍層的結(jié)晶細(xì)致，不易產(chǎn)生燒焦，這對(duì)耐腐蝕性要求非常高的鍍層尤為重要。為了進(jìn)一步穩(wěn)定鍍液的PH值，我們將鍍液的硼酸濃度范圍控制在3(K60g/1,由于鍍液的溫度較高，電鍍時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)硼酸的結(jié)晶現(xiàn)象。十二垸基硫酸鈉是一種陰離子表面活性劑，它吸附在陰極表面降低了其表面張力，使鍍液能很好地潤(rùn)濕零件表面，減小了氫氣泡與電極表面的潤(rùn)濕角，使氫氣泡難以在陰極表面停留，從而減少了鍍層的針孔，這對(duì)改善鍍層的致密性，減少孔隙率是十分重要的，實(shí)踐證明如果鍍液中不含十二垸基硫酸鈉，鍍層將無(wú)法通過(guò)鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)。我們將它的含量范圍控制在0.52.0g/l之間。與普通鍍鎳相比，氨基磺酸鍍鎳時(shí)可以采用較大的電流密度，但在實(shí)際電鍍時(shí)，還與鎳離子濃度、鍍液溫度、PH值、攪拌等多種因素有關(guān)。通常當(dāng)鍍液濃度鎳離子較高時(shí)，并在加溫和攪拌及PH較低的情況下，可以采用較高的電流密度，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在其他條件不變的情況下，電流密度越大，鍍層結(jié)晶越粗大，光度也差，如果電流密度過(guò)大，鍍層可能產(chǎn)生過(guò)燒現(xiàn)象，因此，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)確定最佳電流密度范圍應(yīng)控制在l-4A/dm2之間。在實(shí)際操作中，必須根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況確定電流密度的大小。電鍍時(shí)間是根據(jù)鍍層厚度要求確定的，電鍍速度與電流密度大小成正比，電流密度越大，電鍍速度越快，當(dāng)電流密度確定后，根據(jù)厚度要求就可以確定電鍍時(shí)間。表l為電鍍時(shí)間與電流密度之間的關(guān)系表l電鍍速度與電流密度的關(guān)系序號(hào)電流密度時(shí)間厚度電鍍速度A/dm2minMmmin/Mm11.221126-307-821.5357-94曙5326015-302-4433015-301-2543030-450.66-1鍍液溫度對(duì)鍍層的內(nèi)應(yīng)力有很大影響，溫度升高則鍍層的內(nèi)應(yīng)力顯著降低，鍍層柔軟且有延展性。陰極的電流效率也隨著溫度的升高有所增加,尤其在電流密度較大時(shí)，如果溫度過(guò)低容易產(chǎn)生鍍層粗糙現(xiàn)象。但是溫度過(guò)高，會(huì)增加鹽類的水解和氫氧化物沉淀的形成，增大表面活性劑的消耗，影響鍍層質(zhì)量，甚至產(chǎn)生針孔。因此為降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力，并綜合考慮各種其他因素的影響，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)確定鍍液的溫度范圍在30-70'C之間。在鍍鎳過(guò)程中，鍍液的攪拌作用也是必不可少的。它可以減小陰陽(yáng)極區(qū)的濃差極化，防止陰極表面附近液層中鎳離子和氫氣的析出而引起的PH值增加，PH值增加則容易產(chǎn)生氫氧化物沉淀，夾雜在鍍層中會(huì)使鍍層的內(nèi)應(yīng)力增加；而且攪拌還有利于氫氣泡從陰極表面逸出，減少鍍層的針孔。但過(guò)度的攪拌會(huì)使沉積于槽底的殘?jiān)浩?，使鍍層產(chǎn)生毛剌。通過(guò)上述調(diào)整，主要是槽液組成的調(diào)整，使鍍層的致密性得到明顯改善，我們采用化學(xué)法檢査了不同電鍍條件下的孔隙率，結(jié)果如表l所示表l鍍層孔隙率檢査結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上表可以看出，當(dāng)槽液中不加十二烷基硫酸鈉時(shí)，鍍層的孔隙率將不合格；同時(shí)當(dāng)鍍液的pH偏低、電流密度過(guò)大或硼酸濃度偏低時(shí)也將導(dǎo)致鍍層的孔隙率的增加。我們還對(duì)改進(jìn)前后的滲氮效果進(jìn)行了檢測(cè)，采用普通鍍鎳進(jìn)行防滲保護(hù)，通常鍍層厚度達(dá)到50um左右孔隙率檢査都不合格，即使孔隙率合格，也還經(jīng)常產(chǎn)生漏滲，合格率只能達(dá)到70%左右，而采用我們的新工藝由于鍍層致密，厚度達(dá)到25um時(shí)就具有較好的防滲效果，產(chǎn)品合格率可以達(dá)到95%以上，如圖l圖2是兩種工藝加工的鍍層滲氮后的金相圖片。從圖片可以看出采用新工藝加工的鍍層致密、均勻，與基體結(jié)合較好，而且在滲氮后沒(méi)有產(chǎn)生漏滲現(xiàn)象。而普通鍍鎳工藝鍍層的均勻性及與基體的結(jié)合力明顯較差，并且在滲氮時(shí)鍍層與基體產(chǎn)生分離，從而造成漏滲。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝提高了鍍層的結(jié)合力，降低了鍍層的孔隙率，增強(qiáng)了耐熱和耐腐蝕性。圖1為耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝滲氮后的金相圖片；圖2為傳統(tǒng)工藝滲氮后的金相圖片；圖3不進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理的圖片；圖4不進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理的金屬鹽霧性能檢測(cè)的圖片；圖5按本工藝加工后的圖片；圖6按本工藝加工后經(jīng)耐熱檢測(cè)后又經(jīng)過(guò)48h的鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)的試件圖片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1本實(shí)施例耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油—陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗—預(yù)鍍鎳—冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥。基體材料40CrNiMoA，電源普通直流電源熱處理消除應(yīng)力240°C，時(shí)間3h預(yù)鍍鎳處理陰極電流密度4A/dm2預(yù)鍍鎳時(shí)間8min鍍鎳處理氨基磺酸鎳濃度255g/l氯化鎳濃度38g/l硼酸濃度45g/l十二烷基硫酸鈉濃度0.5g/lpH:3.5陰極電流密度1.2A/dm2電鍍時(shí)間lOOmin鍍層質(zhì)量檢驗(yàn)鍍層外觀呈亮灰色，結(jié)晶細(xì)膩，孔隙率檢測(cè)合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實(shí)施例2本實(shí)施例耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油一陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預(yù)鍍鎳—冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥?；w材料40CrNiMoA，電源普通直流電源熱處理消除應(yīng)力238°C，時(shí)間3h預(yù)鍍鎳處理陰極電流密度5A/dm2預(yù)鍍鎳時(shí)間6min鍍鎳處理氨基磺酸鎳濃度295g/l硼酸濃度42g/l十二垸基硫酸鈉濃度lg/1pH:3.8陰極電流密度1.45A/dm2槽液溫度50'C電鍍時(shí)間90min鍍層孔隙率檢測(cè)合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實(shí)施例3本實(shí)施例耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油一陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預(yù)鍍鎳—冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥?；w材料1CrllNi2W2MoV，電源普通直流電源熱處理消除應(yīng)力245°C，時(shí)間2.5h預(yù)鍍鎳處理陰極電流密度7A/dm2預(yù)鍍鎳時(shí)間5min鍍鎳處理氨基磺酸鎳濃度307g/l硼酸濃度48g/l十二垸基硫酸鈉濃度1.5g/lpH:3.9陰極電流密度1.8A/dm2電鍍時(shí)間80min鍍層孔隙率檢測(cè)合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實(shí)施例4本實(shí)施例耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油一陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預(yù)鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥?；w材料lCrllNi2W2MoV，電源普通直流電源熱處理消除應(yīng)力250°C，時(shí)間2.5h預(yù)鍍鎳處理陰極電流密度7A/dm2預(yù)鍍鎳時(shí)間4min鍍鎳處理氨基磺酸鎳濃度320g/l硼酸濃度50g/l2g/lpH:4.2陰極電流密度2.5A/dm2槽液溫度65'C電鍍時(shí)間65rnin鍍層孔隙率檢測(cè)合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實(shí)施例5本實(shí)施例耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油一陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預(yù)鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥?；w材料40CrNiMoA，電源普通直流電源熱處理消除應(yīng)力255°C，時(shí)間2h預(yù)鍍鎳處理陰極電流密度6.5A/dm2預(yù)鍍鎳時(shí)間5min鍍鎳處理氨基磺酸鎳濃度340g/l硼酸濃度58g/l十二烷基硫酸鈉濃度2.5g/lpH:4.5陰極電流密度3.5A/dm2槽液溫度68°C電鍍時(shí)間55min鍍層孔隙率檢測(cè)合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實(shí)施例6本實(shí)施例耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油一消除應(yīng)力一有機(jī)除油一陽(yáng)極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預(yù)鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一干燥?；w材料1CrllNi2W2MoV，電源普通直流電源熱處理消除應(yīng)力250°C，時(shí)間2.5h預(yù)鍍鎳處理陰極電流密度5.5A/dm2預(yù)鍍鎳時(shí)間6min鍍鎳處理氨基磺酸鎳濃度279g/l硼酸濃度45g/l十二烷基硫酸鈉濃度1.8g/lpH:4.0陰極電流密度2.1A/dm2槽液溫度56°C電鍍時(shí)間65min鍍層孔隙率檢測(cè)合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。權(quán)利要求1、一種耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油→消除應(yīng)力→有機(jī)除油→陽(yáng)極電解除油→熱水洗→冷水洗→弱腐蝕→冷水洗→預(yù)鍍鎳→冷水洗→鍍鎳→冷水洗→中和→冷水洗→干燥；鍍液包含有氨基磺酸鎳、十二烷基硫酸鈉、硼酸、氯化鎳；其中氨基磺酸鎳的濃度范圍為250～350g/l，硼酸的濃度范圍為30～60g/l，十二烷基硫酸鈉的濃度范圍為0.5～2.0g/l。2、按照權(quán)利要求1所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于鍍液的溫度范圍在307(TC。3、按照權(quán)利要求1所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于鍍鎳電流密度范圍l4A/dm2。4、按照權(quán)利要求i所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于ra值范圍為3.5~4.5。5、按照權(quán)利要求1所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于消除應(yīng)力熱處理溫度范圍為236256度，時(shí)間范圍控制在23h。6、按照權(quán)利要求1所述耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于預(yù)鍍鎳電流密度應(yīng)嚴(yán)格控制在4-10A/dr^之間，并保證電鍍時(shí)間在410min之間，確保鍍層厚度達(dá)到l-3Mm。全文摘要一種耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝，其特征在于耐熱耐蝕低應(yīng)力鍍鎳工藝流程為有機(jī)除油→消除應(yīng)力→有機(jī)除油→陽(yáng)極電解除油→熱水洗→冷水洗→弱腐蝕→冷水洗→預(yù)鍍鎳→冷水洗→鍍鎳→冷水洗→中和→冷水洗→干燥；鍍液包含有氨基磺酸鎳、十二烷基硫酸鈉、硼酸、氯化鎳；其中氨基磺酸鎳的濃度范圍為250～350g/l，硼酸的濃度范圍為30～60g/l，十二烷基硫酸鈉的濃度范圍為0.5～2.0g/l。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)鍍鎳工藝，改善了鍍層的耐熱及耐腐蝕性能?？梢詰?yīng)用于航空、汽車、機(jī)械制造等領(lǐng)域。文檔編號(hào)C25D3/14GK101323961SQ20071001168公開日2008年12月17日申請(qǐng)日期2007年6月14日優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日發(fā)明者冶冮,晧張,杰張,霽張,張春剛,李慶春,敏楊,楊勝群,賈東晨申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司