熱處理對鋁合金表面化學鍍鎳鍍層性能影響

張紅娟， 劉治虎

（西安航空計算技術研究所，西安710068）

熱處理對鋁合金表面化學鍍鎳鍍層性能影響

張紅娟， 劉治虎

（西安航空計算技術研究所，西安710068）

針對鋁合金表面化學鍍鎳層結合力和耐蝕性差的問題，采用熱處理方法提高鍍層結合力和耐蝕性。高低溫試驗后用劃痕法檢測結合力強度，運用鹽霧試驗檢測耐蝕性。通過對比試驗和結果分析表明：熱處理溫度和時間對鍍層性能存在交互作用；經過150℃、1.5h熱處理，鍍層與基體結合力最好，80h高、低溫試驗（高溫105℃，低溫-55℃）后，鍍層結合力強度為48.7MPa；鍍層經過150℃、1h熱處理，鍍層耐蝕性最好，96h鹽霧試驗后，外觀無白斑、起泡、脫皮等腐蝕現象。

鋁合金；化學鍍鎳；熱處理；結合力；耐蝕性

0 引言

鋁合金具有密度小、機械強度高、導電導熱性能好等優點，在各行各業中被廣泛使用,但同時也存在耐磨性差、硬度低等缺陷。為改善鋁合金耐磨性并提高硬度，工業上一般采用鋁合金表面化學鍍鎳工藝。而鋁合金表面化學鍍鎳后，經過長時間高低溫試驗，鍍層會出現起皮、脫落現象；未起皮、脫落的鍍層經過一定時間鹽霧試驗后，基體也會出現輕微腐蝕、局部鍍層脫落現象。查閱相關文獻介紹，鍍后熱處理既可以有效改善鍍層和基體的結合力，也可以改善鍍層耐蝕性，但缺少相應的實踐應用和數據分析。因此本文旨在通過高低溫和鹽霧試驗，研究熱處理對鋁合金表面化學鍍鎳層結合力和耐蝕性影響。

1 試樣制備與試驗方法

1.1 試件材料

本試驗選用6061鋁合金作為化學鍍鎳基體材料，其化學成分見表1。鋁合金試樣加工成60 mm× 40 mm×8 mm帶有凹槽、散熱齒和孔的形狀，其表面粗糙度為Ra1.6，試件外觀見圖1，共10組樣本。

1.2 試件制作

選用酸性化學鍍鎳工藝，對鋁合金樣本表面進行Ap. NiP（10）25處理，即在鋁合金表面鍍磷含量為10%，厚度至少為25μm的鎳磷合金鍍層。為保證試驗樣本的一致性，鋁合金樣本均在同一槽液中同時進行化學鍍鎳。化學鍍鎳完畢后，按照表2所示的熱溫度參數［3］分10組分別在真空爐中進行熱處理，熱處理完畢，樣本隨爐冷卻至室溫。

表1 鋁合金的化學成分 %

圖1 鋁合金樣本外觀圖

表2 鍍層熱處理參數

1.3 試驗方法

對每組樣本進行80h高低溫試驗［4-5］，試驗結束后，從每組試件中隨機抽取1件用劃痕法［1］進行鍍層結合力檢測，其余樣本進行鹽霧試驗［6］。

1）高低溫試驗

高低溫試驗采用上海埃斯佩克環境設備有限公司生產型號為SEF-Z-040US的高低溫試驗箱，以高溫105℃、加熱2h，然后低溫-55℃、冷凍2h的頻率進行循環處理80h。

2）鹽霧試驗

鹽霧試驗基于表3所示的試驗條件及其容差，采用意大利生產型號為DCT600P/C0186的鹽霧試驗箱處理。評定標準依據GB/T6461-2002金屬基體上金屬，以及其他無機覆蓋層經腐蝕試驗后的試樣和試件的評級。

表3 試驗條件及其容差

2 試驗結果與分析

高低溫試驗和鹽霧試驗后，鍍層結合力強度和耐蝕性結果見表4。

為了方便分析，將表4結果數據繪制成結合力強度、48h鹽霧試驗評級RP和RA對于時間和溫度的多變異圖，見圖2～圖4。

由圖2可以看出，熱處理溫度和時間對鍍層結合力存在交互作用。熱處理溫度低于150℃時，隨著熱處理溫度的升高、時間的延長，鍍層和基體的結合力緩慢上升；熱處理溫度高于150℃時，隨溫度的升高、時間的延長，鍍層和基體的結合力明顯下降。

這是因為熱處理過程可以消除鍍層和基體間的應力，提高鍍層結合力。同時，熱處理還可以加速金屬原子的擴散運動，溫度越高，擴散運動越快，時間越長，原子間的擴散層越厚，鍍層和基體的結合力越好。在合適的溫度和時間下熱處理使鍍層和基體間形成固溶體，這種固溶體有利于鎳磷合金合力大大提高。然而，因為鋁和鎳的熱膨脹鍍層與鋁合金之間由原來的機械咬合轉化為金屬鍵的結合［1］，從而使鍍層和基體間結系數不同，熱處理溫度太高，時間太長，鍍層和基體間的結合力也會明顯下降。

圖2 溫度和時間對結合力強度的影響

圖3 溫度和時間對48h鹽霧試驗Rp的影響

由圖3和圖4可以看出：熱處理溫度和時間對48h鹽霧試驗評級（RP/RA）存在交互作用。熱處理溫度低于150℃時，隨著熱處理溫度的升高，時間的延長，鍍層的耐蝕性逐漸上升；熱處理溫度高于150℃時，隨著溫度的升高，時間的延長，鍍層的耐蝕性明顯下降。

圖4 溫度和時間對48h鹽霧試驗RA的影響

這是因為鍍層的耐蝕性主要由鍍層的孔隙率和鍍層表面微電池腐蝕［2］決定，熱處理可以加速鍍層表面氧化膜的形成，這種氧化膜能對鍍層表面孔隙起封閉作用，有效隔絕腐蝕介質，從而提高鍍層耐蝕性。所以在一定溫度和時間范圍內，隨著熱處理溫度的升高，時間的延長，鍍層的耐蝕性不斷提高。然而隨著熱處理溫度的升高，鎳磷合金層中析出Ni3P相越來越多，在合金溶解時，相與基體之間形成腐蝕微電池，導致耐蝕性明顯降低。

由表4數據可知，熱處理參數為150℃、1.5h時（第7組），鍍層結合力最好，80h高低溫試驗后，結合力強度為48.7MPa；熱處理參數為150℃、1h時（第6組），鍍層的耐蝕性最好，通過96h鹽霧試驗后，外觀良好。

3 結論

1）熱處理溫度和時間對鍍層結合力及耐蝕性存在交互作用。

2）鋁合金表面化學鍍鎳層經過150℃、1.5h熱處理，鍍層與基體結合力最好，通過80h高低溫試驗后，鍍層結合力強度為48.7MPa。

3）鋁合金表面化學鍍鎳層經過150℃、1h熱處理，鍍層耐腐蝕性能最好，通過96h中性鹽霧試驗后，外觀無白斑、起泡、脫皮等腐蝕現象。

［1］ 周澤翔，程海斌，薛理輝，等.改善化學鍍層結合力的方法及其檢測手段［J］.材料導報，2006，20（2）：80.

［2］ 張信義，鄧宗鋼.磷含量及熱處理對化學鍍鎳磷合金耐蝕性能的影響［J］.表面技術，1994，23（6）：257-258.

［3］ GB/T 13913-2008金屬覆蓋層化學鍍鎳-磷合金鍍層規范和試驗方法［S］.

［4］ GJB150.3-1986軍用設備環境試驗方法高溫試驗［S］.

［5］ GJB150.4-1986軍用設備環境試驗方法低溫試驗［S］.

［6］ GJB150.11-1986軍用設備環境試驗方法鹽霧試驗［S］.

（編輯昊 天）

Effect of Heat Treatment on Properties of Electroless Nickel Coating of Aluminium Alloy

ZHANG Hongjuan,LIU Zhihu
（Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi'an 710068,China）

For electroless nickel coating on aluminium alloy has poor adhesion and corrosion resistance,heat treatment is adopted to improve adhesion and corrosion resistance in this paper.After high and low temperature testing,adhesion strength of coating is measured by scratch method,and corrosion resistance is checked by neutral salt spray.By comparative experiments and results analysis,it show that the effects of heat treatment temperature and time on the coating properties interact with each other.The coating had the best adhesion after heat treatment with 150℃ and 1.5h and the adhesion strength was 48.7MPa after 80h high（105℃）and low（-55℃）temperature test.The coating had the best corrosion resistance after heat treatment with 150℃and 1h,and the coating has no white spot,blister and peeling after neutral salt spray with 96h.

aluminium alloy;electroless nickel coating;heat treatment;adhesion;corrosion resistance

TG 17

A

1002－2333（2014）05－0050－03

張紅娟（1985—），女，助理工程師，研究方向為機械加工工藝。

2014-02-25