真空熱處理對Co-W電刷鍍鍍層的影響

摘要:本文以3Cr2W8V為基體，制備了Co-W合金的電刷鍍鍍層，并在不同溫度下對鍍層試樣進行了真空熱處理，觀察了熱處理后鍍層截面形貌和組織特征，分析了熱處理后鍍層的硬度、結合力等性能。結果表明在750℃時對Co-W鍍層進行真空熱處理后，涂層具有良好的綜合性能。

關鍵詞：真空熱處理；Ni-W鍍層；電刷鍍

中圖分類號：TQ153.2 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）03-0072-03

The Influence of Co-W Alloy Electro-bursh Plating Coating with the

Vacuum Anneal Heatreatment

RAO Xiao-xiao，LUO Cheng，ZHANG Hong-xia，WANG Tian-guo

（Department of Materials Engineering，Hubei University of Automotive Technology，Shiyan442002，China）

Abstract：In the paper，the Co-W alloy electro-brush plating coating is based on 3Cr2w8V. The vacuum heat treatment is carried out with the coating under different temperature. And The Cross-section morphology and microstructure are observed and the property as hardness and the bonding force of the coating are analyzed after heatreating.The results shows that the coating has preferred comprehensive properties with vacuum anneal heatreatment under 700℃.

Key words: vacuum heat treatment；Ni-W coating；ectro-brush plating

電刷鍍技術作為一種重要的金屬表面加工工藝，近年來發展迅速，已受到有關部門的關注，并在鐵路、機械、汽車、船舶航空、軍工等部門推廣應用，取得了較大的經濟效益［1］。Co-W合金刷鍍層具有良好的熱穩定性，優良的電化學性能、耐腐蝕性能及吸波特性等，在汽車、石油化工、記錄記憶裝置及國防工業中有著廣泛的應用前景。而真空熱處理具有去氣、促進擴散等作用，從而進一步提高鍍層的性能［2］。本文對電刷鍍Co-W鍍層試樣進行真空熱處理，并研究了真空熱處理對鍍層的影響規律，從而確定最合適的熱處理工藝。

1 實驗方法

1.1 實驗材料及鍍層的制備

本實驗以3Cr2W8V為基體材料，基體經840 ℃預熱，加熱溫度1 050 ℃，保溫30 min，油淬火，回火溫度560 ℃保溫2小時油冷，回火2次。組織為回火馬氏體、殘余奧氏體和少量合金碳化物。試樣尺寸為18 mm×18 mm。采用BMP200電刷鍍機制備電刷鍍鍍層，其工藝流程為：表面準備—電凈—自來水沖洗—1號活化液活化—自來水沖洗—3號活化液活化—自來水沖洗—用特殊鎳打底層—自來水沖洗—鍍Co-W工作層。各工序的工藝參數如表1所示。

1.2 真空熱處理

本實驗對電刷鍍試樣進行真空退火處理，真空度為3.0×10-5 Pa，溫度分別為200 ℃、350 ℃、550 ℃、750 ℃和900 ℃，保溫時間為1 h。

2 試驗結果及分析

2.1 鍍層截面金相形貌

鍍層的截面形貌如圖1所示。由圖1可以看出，鍍層的質量均較好，分析認為鍍層晶粒與基體金屬晶粒相互鑲嵌，它們之間存在庫侖力，鍍層之間相互鑲嵌，可以補充細微的裂紋［3］。而經過熱處理的鍍層比未經過真空熱處理的涂層結構更致密，經熱處理后鍍層厚度均勻，鍍層表面比較平直，結合好。這是因為電刷鍍的陰極電解過程中隨著主反應金屬的沉積，同時伴有副反應氫氣的析出［4］，這樣一部分氫離子在陰極表面還原成為氫分子H2由溶液表面逸出，另一部分以原子氫狀態滲入基體和鍍層中。熱處理使鍍層及基體中的氫進一步析出，使得鍍層的致密度增加。

2.2 鍍層的厚度

刷鍍層厚度是衡量鍍層質量的重要指標之一，它除了影響某些零部件的公差配合或修復尺寸的要求外，還能直接影響工件的耐蝕性、耐磨性和導電性，從而大大影響產品的可靠性和使用壽命。鍍層厚度粗略測量方法：先用螺旋測微器測量處理前工件尺寸，刷鍍完后再次測量工件尺寸，兩者之差即鍍層厚度。考慮到這樣測量的誤差比較大，故鍍層厚度的測量采用截面金相法。即從每個刷鍍試樣的相同區域選取樣本，經過粗磨、細磨、拋光以及腐蝕等工序后，在金相顯微鏡下觀測鍍層的厚度，每一個樣本取5個采樣點，以其平均厚度為復合鍍層的厚度，不同處理溫度下的鍍層厚度見表2。

2.3 鍍層的硬度

試驗中使用HX-71型顯微硬度計測定鍍層的表面硬度，刷鍍試樣按照金相試樣的要求磨平、拋光后，用4％的硝酸酒精溶液進行腐蝕，在允許的范圍內選擇較大的載荷，以減小測量誤差。測試載荷為100 g，加載時間為15 s，每個試樣取鍍層3個不同區域測試后取平均值，其測量結果見表3。

從表3可以看出，隨著熱處理溫度的提高，復合鍍層的硬度也在升高。在750 ℃溫度下達到最大值，但熱處理溫度進一步升高時，涂層的硬度則明顯下降，出現上述現象的主要原因是，在750 ℃時，Co-W合金過渡層將產生細小而彌散的新相Co3W，產生了二次硬化現象［5］。熱處理溫度進一步升高，Co3W相就會發生聚集粗化，共格關系被破壞，鍍層合金的彌散度減小，故硬度值呈現下降趨勢。

2.4 鍍層的結合強度

鍍層的結合力是評定鍍層使用性能的一個重要指標，它表示鍍層與工件之間的連接強弱，是鍍層工作的基礎。若鍍層的結合力不合格，則無需進行其他性能的檢測，可見鍍層結合力的重要性。目前多以定性的測試方法為主。常采用的試驗方法包括：銼削試驗、淬火試驗、彎曲試驗、劃痕試驗、折斷試驗以及錘擊試驗等［6］。本文選用WS-92型鍍層附著力劃痕試驗機對鍍態下和不同溫度熱處理后的試樣的不同部位測出3個數值，取平均值。

鍍層與基體的結合力可以理解為單位面積上不使鍍層金屬與基體金屬在界面上相分離的最大作用力，金屬鍵合是鍍層與基體結合中最主要的力。不僅鍍層與基體在彼此的界面處靠這種力結合，而且在鍍層增厚過程中的金屬晶格的長大也是靠這種力結合［6］。由于基體的硬度不同，故其對涂層的金屬鍵合力不同，硬度越高，所施加的金屬鍵合力越大，涂層與基體的結合力越好。由表4可以看出在750 ℃隨著熱處理溫度的升高，鍍層與基體之間的結合力也在增加，在550 ℃和750 ℃時所測得的結合力均超過100 N，這表明Co-W涂層經過熱處理后具有良好的塑性變形能力，是一種韌性涂層。

3 結論

本文以3Cr2W8V為基體，采用電刷鍍工藝制備了Co-W合金鍍層，在真空條件下進行了退火處理，運用光學顯微鏡、電子顯微鏡等設備對不同退火溫度下鍍層的組織、結構和性能進行了研究，得出了以下結論：

（1）真空退火可以提高鍍層的硬度及結合力；

（2）對鍍層進行750 ℃左右的真空退火處理，鍍層的硬度及結合力都達到了最大值，具有最佳的綜合性能。

參考文獻：

［1］ 徐江，揭小華.電刷鍍Ni-W（D）合金對3Cr2W8V鋼熱疲勞及氧化抗力性能的影響［J］.汽車科技，1999，1.

［2］ 酈振聲，楊明安.現代表面工程技術［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［3］ 黃麗紅，葛洪良.電沉積鈷鎢合金鍍液性能的研究［J］.表面技術，2003，32（3）.

［4］ 陳顥，杜海燕.電沉積鎢鈷合金的研究［J］．電鍍與涂飾，2002，21（2）.

［5］ 揭曉華，謝光榮.Co-W合金電刷鍍層的組織與性能研究［J］.材料保護，2003.36（3）.

［6］ 吳永忻，文效忠，楊志雄，等.鈷一鎢二元合金鍍層特性與防銅滲功能的研究［J］.電鍍與涂飾，2000 19（6）.