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铸铁化学镀镍磷工艺及性能研究

宋宏峰  
【摘要】: 铸铁对于人类文明社会的进程曾经发挥过巨大作用,至今作为工程材料之一,对于国民经济,特别是对于机器制造业来说,仍具有重要的影响。随着国民经济和科学技术的发展,对铸铁件的质量要求越来越高。目前,改善铸铁耐蚀性及耐磨性的主要方法是表面处理,形成保护层。本文利用SEM、GDS、XRD、电化学测量仪等手段,系统地研究了铸铁表面直接化学镀镍磷的工艺和性能,得出以下主要结论: 1.通过正交实验,以结合力大小为检验指标,得到铸铁表面化学镀Ni-P的最佳工艺参数:NiSO_4·6H_2O(10g/l),Na_2HPO_4·H_2O(20g/l),H_3BO_3(5g/l),C_3H_6O_3(10ml/l),琥珀酸(10g/l),KF(1g/l),pH值=6.0,用氨水调节,温度90±2℃。 2.在最佳工艺条件下,化学镀Ni-P镀层的表面相当均匀致密,厚度达到了51.5μm(2h),磷含量在5%~7%之间。由划痕实验的结果说明Ni-P镀层与基体有较强的结合力(63N),可以满足工业应用中对镀层的要求。 3.铸铁镍磷化学镀层为中磷镀层,表面由胞状凸起物组成、胞大小较均匀,组织是非晶与少量纳米晶组织混和。 4.GDS测定结果表明,施镀中碳原子在表层富集,镍、铁呈梯度分布。 5.Ni-P镀层经过400℃回火1小时后,X射线衍射反映出镀层的结构由非晶态向晶态的转变,同时,从Ni-P固溶体中析出:大量Ni_5P_2、Ni_(12)P_5、Ni_2P和Ni_3P等金属间化合物。 6.在热处理过程中,还可引起镀层硬度的变化:随着热处理温度的提高镀层硬度先稍有下降而后持续提高,在400℃热处理1h时其镀层的硬度达到最高值1140HV,在450℃附近后有下降的趋势。 7.通过对铸铁和Ni-P镀层分别在5%HCl、5%H_2SO_4和3.5%NaCl溶液中进行电化学腐蚀实验得出铸铁表面经过化学镀处理后,自腐蚀电位向正向有较大移动,其耐蚀性得到了很大的提高;根据镀层在3.5%NaCl溶液中的失重情况,证明高磷含量镀层的耐蚀性大于低磷含量镀层的耐蚀性。 8.载荷对镀层磨损率的作用更明显(载荷从1N增加到1.5N,Ni-P镀层的磨损率增加了近10倍,而回火后Ni-P镀层的仅为1.3倍)。


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