一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝的製作方法

2023-09-16 23:12:55 1

專利名稱：：一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝的製作方法
技術領域：
：本發明涉及化學電鍍科學，特別提供了一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝。技術背景採用氨基磺酸鎳鹽進行鍍鎳，可獲得低應力鍍鎳層，然而鍍層的其他性能指標如耐熱性、耐腐蝕性不高，在國內的行業標準中，對鎳鍍層從未有耐熱、耐腐蝕要求。我們在防滲氮保護中也採用鍍鎳層，但由於現行工藝形成的鍍層在緻密性、孔隙率以及鍍層與基體之間的結合力均無法滿足要求，防滲效果很差，經常產生漏滲現象，造成零件報廢，鍍層在高溫及腐蝕性強的條件下無法應用。
發明內容本發明的目的是提供一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝以克服鍍層的耐熱性差及耐腐蝕性差的缺點。本發明提供了一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於其特徵在於耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油一陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥；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範圍為250~350g/l，硼酸的濃度範圍為30~60g/l，十二烷基硫酸鈉的濃度範圍為0.5~2.0g/l。所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，鍍液的溫度範圍在307(TC,鍍鎳電流密度範圍l~4A/dm2，PH值範圍為3.54.5，消除應力熱處理溫度範圍為236256度，時間範圍控制在23h。所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，預鍍鎳電流密度應嚴格控制在410A/di^之間，並保證電鍍時間在4~10min之間，確保鍍層厚度達到鍍前處理對提高鍍層結合力是最為關鍵的，首先我們增加了消除應力處理工序，主要目的是減少或消除零件表面在機械加工中形成的應力集中現象，這對改善鍍層結合力非常有效。根據零件的基體材料狀況，消除應力熱處理最佳溫度為246度，最佳時間控制在2h，然後零件必須進行嚴格的除油處理，首先進行有機除油，然後進行陽極電解除油處理，除掉零件表面的任何動植物油及礦物油，並通過弱腐蝕處理，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合力。最後進行預鍍鎳處理即衝擊鍍鎳處理，這是前處理中比較關鍵的一步。對此我們開始時並未引起足夠的重視，因為一般情況下，基體材料為合金鋼不需要進行預鍍鎳處理，但多次試驗證明如果不加預鍍鎳處理，鍍層的結合力就不合格，結合力不合格就無法通過耐熱性能檢測。不僅如此，即使增加了預鍍鎳工序，但如果衝擊鍍的工藝參數控制不當，同樣，結合力也不合格。我們通過實驗確定預鍍鎳電流密度應嚴格控制在4-10A/dii^之間，並保證電鍍時間在4-10min之間，確保鍍層厚度達到13Mm，否則鍍層在進行耐熱檢測時必然產生鼓泡現象，不僅耐熱性能不合格，而且這種結合力差的鍍層同樣也無法通過鹽霧試驗檢測，因此，通過衝擊鍍鎳處理，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中可以看出儘管在其他操作參數相同的情況下，如果不進行預鍍鎳處理，或如果在進行預鍍鎳時工藝參數控制不當，鍍層在進行耐熱檢測時，鍍層與基體將產生嚴重的起泡、脫落現象(如圖3所示);如果在進行預鍍鎳時工藝參數控制不當，則進行耐熱檢測時，鍍層也會產生起泡現象，不僅耐熱性不合格，而且在進行鹽霧性能檢測時起泡位置將產生腐蝕(如圖4所示)；因此前處理不當將直接導致鍍層耐熱性檢測不合格。圖5是按本工藝加工後經耐熱檢測的試件，鍍層仍保持完好狀態，表明結合力良好；圖6是按本工藝加工後經耐熱檢測後又經過48h的鹽霧試驗檢測的試件，鍍層仍保持完好狀態，沒有任何腐蝕跡象。從圖3、4、5、6中可以看出儘管在其他操作參數相同的情況下，如果不進行預鍍鎳處理，鍍層在進行耐熱檢測時，鍍層與基體將產生嚴重的起泡、脫落現象；如果在進行預鍍鎳時工藝參數控制不當，如電流密度低或時間短同樣進行耐熱檢測時，鍍層也會產生起泡現象，不僅耐熱性不合格，而且在進行鹽霧性能檢測時起泡位置將產生腐蝕。因此前處理不當將直接導致鍍層耐熱性檢測不合格。最初鍍液主要含有氨基磺酸鎳、氯化鎳、硼酸幾種組分，由於鍍層的耐熱性、耐腐蝕性不合格，我們對鍍液組成進行適當的調整，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，並增大了硼酸含量，這些對改善鍍層質量都非常有效。採用氨基磺酸鎳作為主鹽是獲得低應力鎳層的基本條件。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，電鍍可採用相對高的電流密度，這種鍍液雖然可以得到應力較低的鍍層，但鍍層的結構相對比較粗糙。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，影響鍍層的緻密性。因此，我們將氨基磺酸鎳的濃度範圍控制在250350g/1。當然氨基磺酸鎳濃度不是獨立參數，它對鍍層粗糙度的影響還應與電流密度結合起來考慮。硼酸是鍍鎳中常用的緩衝劑，其主要作用是穩定鍍液的PH。通常它的濃度控制在30g/l左右。在鍍鎳過程中，必須要嚴格控制PH值，PH過低，If容易放電，不僅降低了電流效率，還使鍍層易產生針孔，增加鍍層的孔隙率。PH過高，陰極周圍的金屬離子會以金屬氫氧化物的形式夾入鍍層中，造成鍍層結構粗糙，應力增加，這些都將影響鍍層的耐熱性能和耐蝕性能。因此硼酸的緩衝作用十分重要。硼酸還使鍍層的結晶細緻，不易產生燒焦，這對耐腐蝕性要求非常高的鍍層尤為重要。為了進一步穩定鍍液的PH值，我們將鍍液的硼酸濃度範圍控制在3(K60g/1,由於鍍液的溫度較高，電鍍時沒有出現硼酸的結晶現象。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，使鍍液能很好地潤溼零件表面，減小了氫氣泡與電極表面的潤溼角，使氫氣泡難以在陰極表面停留，從而減少了鍍層的針孔，這對改善鍍層的緻密性，減少孔隙率是十分重要的，實踐證明如果鍍液中不含十二垸基硫酸鈉，鍍層將無法通過鹽霧試驗檢測。我們將它的含量範圍控制在0.52.0g/l之間。與普通鍍鎳相比，氨基磺酸鍍鎳時可以採用較大的電流密度，但在實際電鍍時，還與鎳離子濃度、鍍液溫度、PH值、攪拌等多種因素有關。通常當鍍液濃度鎳離子較高時，並在加溫和攪拌及PH較低的情況下，可以採用較高的電流密度，我們在實驗中發現在其他條件不變的情況下，電流密度越大，鍍層結晶越粗大，光度也差，如果電流密度過大，鍍層可能產生過燒現象，因此，經反覆試驗確定最佳電流密度範圍應控制在l-4A/dm2之間。在實際操作中，必須根據當時的具體情況確定電流密度的大小。電鍍時間是根據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，當電流密度確定後，根據厚度要求就可以確定電鍍時間。表l為電鍍時間與電流密度之間的關係表l電鍍速度與電流密度的關係序號電流密度時間厚度電鍍速度A/dm2minMmmin/Mm11.221126-307-821.5357-94曙5326015-302-4433015-301-2543030-450.66-1鍍液溫度對鍍層的內應力有很大影響，溫度升高則鍍層的內應力顯著降低，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，如果溫度過低容易產生鍍層粗糙現象。但是溫度過高，會增加鹽類的水解和氫氧化物沉澱的形成，增大表面活性劑的消耗，影響鍍層質量，甚至產生針孔。因此為降低鍍層的內應力，並綜合考慮各種其他因素的影響，經反覆試驗確定鍍液的溫度範圍在30-70'C之間。在鍍鎳過程中，鍍液的攪拌作用也是必不可少的。它可以減小陰陽極區的濃差極化，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值增加則容易產生氫氧化物沉澱，夾雜在鍍層中會使鍍層的內應力增加；而且攪拌還有利於氫氣泡從陰極表面逸出，減少鍍層的針孔。但過度的攪拌會使沉積於槽底的殘渣泛起，使鍍層產生毛剌。通過上述調整，主要是槽液組成的調整，使鍍層的緻密性得到明顯改善，我們採用化學法檢査了不同電鍍條件下的孔隙率，結果如表l所示表l鍍層孔隙率檢査結果tableseeoriginaldocumentpage8從上表可以看出，當槽液中不加十二烷基硫酸鈉時，鍍層的孔隙率將不合格；同時當鍍液的pH偏低、電流密度過大或硼酸濃度偏低時也將導致鍍層的孔隙率的增加。我們還對改進前後的滲氮效果進行了檢測，採用普通鍍鎳進行防滲保護，通常鍍層厚度達到50um左右孔隙率檢査都不合格，即使孔隙率合格，也還經常產生漏滲，合格率只能達到70%左右，而採用我們的新工藝由於鍍層緻密，厚度達到25um時就具有較好的防滲效果，產品合格率可以達到95%以上，如圖l圖2是兩種工藝加工的鍍層滲氮後的金相圖片。從圖片可以看出採用新工藝加工的鍍層緻密、均勻，與基體結合較好，而且在滲氮後沒有產生漏滲現象。而普通鍍鎳工藝鍍層的均勻性及與基體的結合力明顯較差，並且在滲氮時鍍層與基體產生分離，從而造成漏滲。本發明的優點本耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝提高了鍍層的結合力，降低了鍍層的孔隙率，增強了耐熱和耐腐蝕性。圖1為耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝滲氮後的金相圖片；圖2為傳統工藝滲氮後的金相圖片；圖3不進行預鍍鎳處理的圖片；圖4不進行預鍍鎳處理的金屬鹽霧性能檢測的圖片；圖5按本工藝加工後的圖片；圖6按本工藝加工後經耐熱檢測後又經過48h的鹽霧試驗檢測的試件圖片。具體實施方式實施例1本實施例耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油—陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗—預鍍鎳—冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥。基體材料40CrNiMoA，電源普通直流電源熱處理消除應力240°C，時間3h預鍍鎳處理陰極電流密度4A/dm2預鍍鎳時間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電鍍時間lOOmin鍍層質量檢驗鍍層外觀呈亮灰色，結晶細膩，孔隙率檢測合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實施例2本實施例耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油一陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預鍍鎳—冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥。基體材料40CrNiMoA，電源普通直流電源熱處理消除應力238°C，時間3h預鍍鎳處理陰極電流密度5A/dm2預鍍鎳時間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電鍍時間90min鍍層孔隙率檢測合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實施例3本實施例耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油一陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預鍍鎳—冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥。基體材料1CrllNi2W2MoV，電源普通直流電源熱處理消除應力245°C，時間2.5h預鍍鎳處理陰極電流密度7A/dm2預鍍鎳時間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電鍍時間80min鍍層孔隙率檢測合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實施例4本實施例耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油一陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥。基體材料lCrllNi2W2MoV，電源普通直流電源熱處理消除應力250°C，時間2.5h預鍍鎳處理陰極電流密度7A/dm2預鍍鎳時間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電鍍時間65rnin鍍層孔隙率檢測合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實施例5本實施例耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油一陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥。基體材料40CrNiMoA，電源普通直流電源熱處理消除應力255°C，時間2h預鍍鎳處理陰極電流密度6.5A/dm2預鍍鎳時間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電鍍時間55min鍍層孔隙率檢測合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。實施例6本實施例耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油一消除應力一有機除油一陽極電解除油一熱水洗一冷水洗一弱腐蝕一冷水洗一預鍍鎳一冷水洗一鍍鎳一冷水洗一中和一冷水洗一乾燥。基體材料1CrllNi2W2MoV，電源普通直流電源熱處理消除應力250°C，時間2.5h預鍍鎳處理陰極電流密度5.5A/dm2預鍍鎳時間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電鍍時間65min鍍層孔隙率檢測合格，耐熱性能耐蝕性能均合格。權利要求1、一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油→消除應力→有機除油→陽極電解除油→熱水洗→冷水洗→弱腐蝕→冷水洗→預鍍鎳→冷水洗→鍍鎳→冷水洗→中和→冷水洗→乾燥；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範圍為250～350g/l，硼酸的濃度範圍為30～60g/l，十二烷基硫酸鈉的濃度範圍為0.5～2.0g/l。2、按照權利要求1所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於鍍液的溫度範圍在307(TC。3、按照權利要求1所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於鍍鎳電流密度範圍l4A/dm2。4、按照權利要求i所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於ra值範圍為3.5~4.5。5、按照權利要求1所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於消除應力熱處理溫度範圍為236256度，時間範圍控制在23h。6、按照權利要求1所述耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於預鍍鎳電流密度應嚴格控制在4-10A/dr^之間，並保證電鍍時間在410min之間，確保鍍層厚度達到l-3Mm。全文摘要一種耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝，其特徵在於耐熱耐蝕低應力鍍鎳工藝流程為有機除油→消除應力→有機除油→陽極電解除油→熱水洗→冷水洗→弱腐蝕→冷水洗→預鍍鎳→冷水洗→鍍鎳→冷水洗→中和→冷水洗→乾燥；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範圍為250～350g/l，硼酸的濃度範圍為30～60g/l，十二烷基硫酸鈉的濃度範圍為0.5～2.0g/l。本發明改變了傳統鍍鎳工藝，改善了鍍層的耐熱及耐腐蝕性能。可以應用於航空、汽車、機械製造等領域。文檔編號C25D3/14GK101323961SQ20071001168公開日2008年12月17日申請日期2007年6月14日優先權日2007年6月14日發明者冶冮,晧張,傑張,霽張,張春剛,李慶春,敏楊,楊勝群,賈東晨申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司