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        化學鍍鎳加工

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        鋼鐵化學鍍鎳
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        化學鍍鎳的性能特點

        2021-11-23

         機理特點

        ⑴機理


        化學鍍鎳是用還原劑把溶液中的鎳離子還原沉積在具有催化活性的表面上?;瘜W鍍鎳可以選用多種還原劑,工業上應用Z普遍的是以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍鎳工藝,其反應機理,普遍被接受的是“原子氫理論”和“氫化物理論”。


        1)原子氫理論


        原子氫理論認為,溶液中的Ni2+靠還原劑次磷酸鈉(NaH2P02)放出的原子態活性氫還原為金屬鎳,而不是H2PO2-與Ni2+直接作用。


        首先是在加熱條件下,次磷酸鈉在催化表面上水解釋放出原子氫,或由H 2PO2-催化脫氫產生原子氫,即


        然后,吸附在活性金屬表面上的H原子還原Ni2+為金屬Ni沉積于鍍件表面.同時次磷酸根被原子氫還原出磷,或發生自身氧化還原反應沉積出磷,H2的析出既可以是由H2POf水解產生,也可以是由原子態的氫結合而成。


        2)氫化物理論


        氫化物理論認為,次磷酸鈉分解不是放出原子態氫,而是放出還原能力更強的氫化物離子(氫的負離子H一),鎳離子被氫的負離子所還原。


        在酸性鍍液中,H2PO2-在催化表面上與水反應,


        在堿性鍍液中,則為


        鎳離子被氫負離子所還原,即氫負離子H一同時可與H20或H+反應放出氫氣:同時有磷還原析出。


        ⑵特點


        迄今為止,化學鍍鎳的發展已有50多年的歷史。經過半個多世紀的研究開發,化學鍍鎳已進入發展成熟期,其現狀可概括為:技術成熟、性能穩定、功能多樣、用途廣泛。


        用化學鍍鎳沉積的鍍層,有一些不同于電沉積層的特性。


        ①以次磷酸鈉為還原劑時,由于有磷析出,發生磷與鎳的共沉積,所以化學鍍鎳層是磷呈彌散態的鎳磷合金鍍層,鍍層中磷的質量分數為1%~l5%,控制磷含量得到的鎳磷鍍層致密、無孔,耐蝕性遠優于電鍍鎳。以硼氫化物或氨基硼烷為還原劑時,化學鍍鎳層是鎳硼合金鍍層,硼的含量為1%~7%。只有以肼作還原劑得到的鍍層才是純鎳層,含鎳量可達到99.5%以上。


        ②硬度高、耐磨性良好。電鍍鎳層的硬度僅為l60~180HV,而化學鍍鎳層的硬度一般為400~700HV,經適當熱處理后還可進一步提高到接近甚至超過鉻鍍層的硬度,故耐磨性良好,更難得的是化學鍍鎳層兼備了良好的耐蝕與耐磨性能。


        ③化學穩定性高、鍍層結合力好。在大氣中以及在其他介質中,化學鍍鎳層的化學穩定性高于電鍍鎳層的化學穩定性。與通常的鋼鐵、銅等基體的結合良好,結合力不低于電鍍鎳層和基體的結合力。


        ④由于化學鍍鎳層含磷(硼)量的不同及鍍后熱處理工藝的不同,鍍鎳層的物理化學特性,如硬度、抗蝕性能、耐磨性能、電磁性能等具有豐富多彩的變化,是其他鍍種少有的。所以,化學鍍鎳的工業應用及工藝設計具有多樣性和專用性的特點。


        化學鍍鎳


        物理特征

        傳統上,化學鍍作為一種表面處理方法應歸屬于電鍍,是電鍍的一個鍍種。但化學鍍不同于電鍍,主要是因為化學鍍不需要外加電源,而且操作方法與不同于電鍍,其特點如下:


        ⑴鍍層厚度均勻,化學鍍液的分散程度接近100%?;瘜W鍍本身是一個自催化的氧化還原過程,只要催化基體與溶液接觸到就可以施鍍,幾乎是基體形狀的一個復制,達到仿形的程度,不會像電鍍一樣,出現由于電力線分布不均勻而引起的鍍層厚度不均的現象。


        ⑵化學鍍不僅可以在金屬表面施鍍,通過特殊的活化、敏化處理,也可以在非金屬表面上進行。


        ⑶化學鍍設備簡單,不需要電源及陽極,只要在溫度、pH值工藝參數合理的條件下,把待鍍零件浸入在鍍液中即可。


        ⑷化學鍍的結合力、防腐性能都優于電鍍。某些化學鍍層還有特殊的物理化學性能。


        ⑸硬度高,耐磨性好,化學鍍鎳層熱處理后硬度達Hv1100,工模具鍍鎳后一般壽命提高3倍以上。


        耐腐蝕強,化學鍍鎳層在酸、堿、鹽、氨和海水等介質中都具有很好的耐腐蝕性,其耐腐蝕性勝于不銹鋼。


        化學鍍包括鍍鎳、鍍銅、鍍金、鍍錫等很多鍍種,但應用范圍Z廣的還是化學鍍鎳。與電鍍鎳層相比,化學鍍鎳層的性能有如下諸多優點[3]:


        ⑴利用次磷酸鈉作為還原劑的化學鍍鎳過程得到的是Ni-P合金,控制鍍層中的磷含量可以得到Ni-P非晶態結構鍍層。鍍層致密、孔隙率低、耐腐蝕性能均優于電鍍鎳。


        ⑵化學鍍鎳層的鍍態硬度為450~600HV,經過合理的熱處理后,可以達到1000-1100HV,在某些情況下,甚至可以代替硬鉻使用。


        ⑶根據鍍層中的含磷量,可以控制鍍層為磁性或非磁性。


        ⑷鍍層的磨擦系數低,可以達到無油潤滑的狀態,潤滑性與抗金屬磨損性方面也優于電鍍。


        ⑸低磷鍍層具有良好的可焊性。


        當然,與很多技術一樣,化學鍍鎳自身也存在很多缺點:


        ⑴與電鍍鎳相比,鍍液的組成復雜,某些原材料要求較為苛刻。


        ⑵化學鍍的操作比較麻煩,鍍覆中必須不斷進行分析補加,調整pH。


        ⑶化學鍍溶液本身是一個熱力學不穩定體系,容易發生分解等事故。


        ⑷對比電鍍,化學鍍的鍍速慢,大多化學鍍的鍍速在10-30μm/h之間。


        ⑸很多化學鍍的工作溫度都在90℃左右,維持這個溫度也要消耗大量能源。


        ⑹化學鍍層的裝飾性不如電鍍,光亮性不足。


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