代替鍍硬鉻電鍍層的研究現(xiàn)狀
汪笑鶴,徐濱士,胡振峰
(裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室，北京100072)
中國鑄造網(wǎng)：摘要 傳統(tǒng)鍍硬鉻技術(shù)存在環(huán)境污染問題及鍍鉻層的性能缺陷。電沉積合金及其復(fù)合鍍是比較有前途的代硬鉻工藝。本文綜述了近年來代替鍍硬鉻電鍍層的研究進(jìn)展。重點探討了非晶電鍍、復(fù)合電鍍和合金電鍍代替硬鉻電鍍層的研究現(xiàn)狀,結(jié)果顯示以上鍍層無論在使用性能還是在環(huán)境保護方面均優(yōu)于硬鉻鍍層。
關(guān)鍵詞：電鍍;代鉻鍍層;合金鍍層;復(fù)合鍍層
鍍硬鉻也稱耐磨鉻,鍍鉻層具有高硬度和低摩擦因數(shù)的特點,機械零部件鍍硬鉻后可以提高其抗磨損能力,延長使用壽命。但電鍍硬鉻工藝會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染,如:鍍鉻工藝使用的鉻酸溶液,會產(chǎn)生含鉻酸霧和廢水,而且還有其他一些缺點:硬度隨溫度的升高降低;鍍層中存在微裂紋;電鍍沉積速度慢等。合金鍍層與組成他的單金屬鍍層相比,合金鍍層有可能更平整、光亮、結(jié)晶細(xì)致。合金鍍層中組分及比例選擇合適,則該合金鍍層就有可能比組成他們的單金屬鍍層更耐磨和抗腐蝕。非晶態(tài)材料是近20年來快速發(fā)展的一種新材料,因其薄膜鍍層具有優(yōu)良的高耐蝕性、高機械強度等特點,受到人們的廣泛關(guān)注。復(fù)合鍍層是一種金屬基的復(fù)合材料,由于固體微粒的嵌入,使原有的薄膜性能發(fā)生顯著變化,從而擴展了它在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。開發(fā)優(yōu)良的合金鍍層、非晶鍍層和復(fù)合鍍層可以替代硬鉻鍍層。
1 電沉積二元合金
1.1 Ni-W
Ni-W合金鍍層中W的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))超過44%時,能獲得非晶態(tài)鍍層。得到的Ni-W合金具有較高的熔點與硬度,較好的耐熱性、耐磨性和耐蝕性,可以作為替代鉻鍍層。鍍層中W含量隨著鍍液中W的含量的提高而提高,最后趨于一定值;鍍液溫度對鍍層的結(jié)構(gòu)有顯著影響,溫度高于50℃,才能獲得非晶鍍層;電流密度高,也對形成非晶鍍層有利;pH對鍍層結(jié)構(gòu)有顯著影響,pH=5~7時,可獲得非晶鍍層,PH<4或PH>8,只能得到晶態(tài)鍍層;Ni-W非晶鍍層具有較好的熱穩(wěn)定性,在400℃以下可保持非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。加入2-丁炔-1,4-二醇時,能得到完整且光亮的Ni-W鍍層,但是2-丁炔-1,4-二醇能減少鍍層中W的含量并且影響電流密度和電流效率。2-丁炔-1,4-二醇的加入有利于反應(yīng)的進(jìn)行從而降低電流效率。
研究鋼基體上的Ni-16%W在700℃和800℃的氧化過程,在氧化之前,鍍層是由過飽和W、Fe、Mo、Si等元素和晶格常數(shù)為3.782的納米Ni顆粒組成。在氧化過程中,隨著氧元素的擴散,在最外層NiO層次內(nèi)部為(NiO+NWiO4)的混合物,在氧化層的下面還是由過飽和(W,Fe,O)和Ni的晶粒組成,基層的上面由富Fe的Ni-W-Fe沉積物組成。影響氧化的因素有Ni2+、O2-、基層中元素的擴散,Ni-Fe-W相的形態(tài)和Ni的納米晶程度。由于基體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)不同,其上的Ni-W非晶態(tài)鍍層中的成分、形貌、耐蝕性也不相同,其中Ni基合金和不銹鋼基體上的Ni-W非晶態(tài)鍍層具有良好的表面特性和耐蝕性,而A3鋼基體上的鍍層則存在大量的裂紋,防護性較差。
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