鎳/鉻組合電鍍的研究與實(shí)踐

陳建紅， 高粱如， 裴 雄

（四川成發(fā)航空科技股份有限公司，四川 成都 610503）

鎳/鉻組合電鍍的研究與實(shí)踐

陳建紅， 高粱如， 裴 雄

（四川成發(fā)航空科技股份有限公司，四川 成都 610503）

組合鍍層不僅有光亮的外觀，還有很好的耐蝕性。介紹了半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鉻組合電鍍工藝的應(yīng)用，并對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題做了深入的研究。

組合電鍍；耐蝕性；結(jié)合力

0 前言

在某些特殊的基體材料上進(jìn)行電鍍，或滿足零件某種特殊的性能要求，往往需要采用組合電鍍。例如：在不銹鋼、高溫合金鋼等材料上電鍍時(shí)，先采用沖擊鍍銅或沖擊鍍鎳作底層，再電鍍其他鍍層，能保證面層和基體結(jié)合良好；為保證零件在高溫下的抗氧化能力，鍍鎳后鍍鎘，然后在一定溫度下進(jìn)行擴(kuò)散，形成鎳/鎘擴(kuò)散層。工業(yè)和民用中應(yīng)用最廣泛的組合鍍層是裝飾鍍鉻層（即鎳/鉻組合鍍層），其目的是讓鍍層不僅有光亮的外觀，還有很好的耐蝕性。這是鎳、鉻單一鍍層都難以達(dá)到的。

目前工程機(jī)械上用的質(zhì)量最好的活塞桿就是采用鍍鎳/鉻工藝。曾經(jīng)和我們合作過(guò)的一個(gè)客戶，主要就是為國(guó)外提供工程機(jī)械上用的活塞桿。其基體材料是45＃鋼，零件機(jī)加工完成后需要電鍍。具體要求是：（1）硬度為7 000～10 000MPa；（2）鍍層牢固，不準(zhǔn)有白斑、針眼、起皺、龜裂、起層等缺陷；（3）銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn)（CASS試驗(yàn)）的腐蝕等級(jí)達(dá)到9.5級(jí)；（4）粗糙度不大于0.1mm；（5）鎳層的厚度為0.02～0.03mm，鉻層的厚度為0.03～0.04mm。這就意味著既要裝飾鍍層的外觀，又要鉻層的硬度，要求極高。其中最難解決的問(wèn)題就是耐蝕性和結(jié)合力。

1 鎳/鉻組合鍍層的耐蝕性

1.1 單層鎳

單層鎳就是只鍍一層鎳后鍍鉻。采用單層鍍鎳，其耐蝕性往往不理想。我們?cè)?jīng)用試樣做過(guò)試驗(yàn)，鍍后進(jìn)行耐蝕性測(cè)試。結(jié)果表明：其耐蝕性級(jí)別只有2.5級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到技術(shù)要求。提高耐蝕性的唯一辦法就是提高鎳層的厚度。但這樣達(dá)不到客戶對(duì)鎳層厚度的技術(shù)要求。

1.2 多層鎳

多層鎳通常指雙層鎳或三層鎳。這是基于犧牲陽(yáng)極保護(hù)原理來(lái)提高對(duì)基體的保護(hù)性能。

（1）雙層鎳（半光亮鎳/光亮鎳）

雙層鎳是指在基體上先鍍一層無(wú)硫（或wS＜0.005%）的半光亮整平鎳，然后再在其上沉積含硫（wS＝0.04%～0.08%）的光亮鎳。兩鎳層較好的比例為70%～80%的半光亮鎳加上20%～30%的光亮鎳。

雙層鎳的耐蝕性比單層鎳的高。這是由于光亮鎳層的電位比半光亮鎳層的負(fù)。在形成腐蝕電池時(shí)，由于兩層之間有足夠的電位差，腐蝕將優(yōu)先在光亮鎳層內(nèi)橫向進(jìn)行（即光亮鎳層為犧牲陽(yáng)極，率先腐蝕），克服了單層鎳向縱向腐蝕至基體的缺陷。

要起到上述的保護(hù)作用，關(guān)鍵是雙層鎳之間要有足夠的電位差。一般認(rèn)為，雙層鎳之間的電位差至少為130mV。要想保證雙層鎳之間的電位差，不能僅靠提高光亮鎳層的含硫量來(lái)解決。因?yàn)殡S著含硫量的增加，光亮鎳層的脆性增加，并且與半光亮鎳層的結(jié)合力降低，所以關(guān)鍵是半光亮劑。用作半光亮鎳的添加劑必須是無(wú)硫的，并且必須具有良好的延展性和整平性。

（2）三層鎳（半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳）

三層鎳體系是雙層鎳體系的進(jìn)一步發(fā)展，它是在雙層鎳之間夾一層含硫量為0.1%～0.3%、厚度為0.25～1.00μm的薄鎳層（即高硫鎳）。由于高硫鎳的電位最負(fù)，當(dāng)發(fā)生腐蝕時(shí)，它相對(duì)于光亮鎳層為陽(yáng)極，故首先腐蝕（即在高硫鎳層中先進(jìn)行橫向腐蝕），保護(hù)了半光亮鎳層和基體。它發(fā)揮了比雙層鎳更為優(yōu)越的耐蝕性。

三層鎳與雙層鎳一樣，都是基于電化學(xué)保護(hù)原理，故其耐蝕性與各鎳層之間的電位差密切相關(guān)。半光亮鎳層與光亮鎳層間的電位差仍在130mV左右，而高硫鎳的電位差比光亮鎳的電位差更負(fù)，故表現(xiàn)出更加優(yōu)越的耐蝕性。

1.3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上原理，我們選擇了合格的添加劑，按雙層鎳和三層鎳的工藝配方配制了槽液。采用兩組試樣進(jìn)行試驗(yàn)，在相同的工藝參數(shù)下，對(duì)一組試樣采用半光亮鎳/光亮鎳/鍍鉻工藝；對(duì)另一組試樣采用半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鍍鉻工藝。試樣電鍍完后，送至西南交通大學(xué)材料學(xué)院的金相熱處理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行耐蝕性測(cè)試，結(jié)果如表1～表4所示。

表1 雙層鎳試樣的CASS試驗(yàn)結(jié)果（白銹）

表2 雙層鎳試樣的CASS試驗(yàn)結(jié)果（紅銹）

表3 三層鎳試樣的CASS試驗(yàn)結(jié)果（白銹）

表4 三層鎳試樣的CASS試驗(yàn)結(jié)果（紅銹）

結(jié)果表明：采用半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鍍鉻工藝所得試樣的耐蝕性好，其結(jié)果滿足客戶的技術(shù)要求。

2 鎳/鉻組合鍍層的結(jié)合力

由于實(shí)際生產(chǎn)中采用的半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鍍鉻工藝中間工序繁多，再加上鍍鎳/鉻本身的特點(diǎn)，在電鍍過(guò)程中保證鍍層結(jié)合良好成了關(guān)鍵和難點(diǎn)。否則，零件極易出現(xiàn)鍍層剝落和起皮的現(xiàn)象。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，零件經(jīng)常出現(xiàn)鍍層剝落和起皮的現(xiàn)象。

零件因結(jié)合力不好而返修時(shí)，若采用化學(xué)方法去除鎳層，容易導(dǎo)致零件基體過(guò)腐蝕并且影響零件的光度。目前返修采用的方法是返回廠家磨去鍍層。但這樣生產(chǎn)周期大，費(fèi)用高。鎳/鉻組合電鍍中結(jié)合力不好有以下幾種表現(xiàn)形式：一是基體和鎳層之間的結(jié)合力不好；二是鎳層之間的結(jié)合力不好；三是鎳層和鉻層之間的結(jié)合力不好。

對(duì)于第一種表現(xiàn)形式，主要是零件在前處理時(shí)未處理干凈，零件基體上存在油污和其他黏附物，導(dǎo)致零件基體和鎳層的結(jié)合力不好。這種現(xiàn)象通過(guò)加強(qiáng)前處理的清洗可以解決。

對(duì)于第二種、第三種表現(xiàn)形式，主要是由于半光亮鎳層的鈍化及光亮鎳層的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大引起的。

半光亮鎳層鈍化有以下幾種原因。

（1）鍍件表面形成鹽析或局部氧化。半光亮鍍鎳是在熱溶液中進(jìn)行的，故零件從半光亮鎳槽轉(zhuǎn)移至光亮鎳槽時(shí)，在空氣中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，水分蒸發(fā)。為此，零件在鍍槽之間的轉(zhuǎn)移時(shí)間必須要短，零件表面應(yīng)一直保持潤(rùn)濕狀態(tài)。所以零件出半光亮鎳槽后，需用清水沖洗。

（2）雙極性現(xiàn)象。某掛具先取出，在脫離電源而未離開(kāi)溶液時(shí)，掛具上的零件會(huì)出現(xiàn)一部分成陽(yáng)極，而另一部分成陰極的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致零件上成陽(yáng)極的部分瞬間鈍化。所以，在轉(zhuǎn)移時(shí)必須切斷全部的直流電源，然后從半光亮鎳槽中迅速取出零件至光亮鎳槽中。若不切斷電源，逐漸取出掛具，必然會(huì)產(chǎn)生雙極性現(xiàn)象，造成結(jié)合力不好。此外，由于鍍鎳采用了陰極移動(dòng)和循環(huán)過(guò)濾，所以應(yīng)保證掛具與極棒、鍍件與掛具的接觸必須良好，否則，中途斷電也容易造成脫皮現(xiàn)象。

（3）半光亮溶液中過(guò)多的無(wú)機(jī)和有機(jī)雜質(zhì)。當(dāng)溶液中鐵等雜質(zhì)及有機(jī)添加劑的分解產(chǎn)物過(guò)多時(shí)，也容易引起雙層脫皮現(xiàn)象，故應(yīng)經(jīng)常處理去除。

3 鎳/鉻組合電鍍的工藝流程

零件驗(yàn)收—→汽油洗滌—→絕緣—→去污粉或金屬洗滌劑洗滌—→熱水洗—→電解除油—→熱水洗—→弱腐蝕—→冷流水洗—→鍍半光亮鎳—→鍍高硫鎳—→鍍光亮鎳—→鍍鎳檢驗(yàn)—→冷流水洗—→活化—→鍍鉻—→冷流水洗—→吹干—→檢驗(yàn)—→包裝

4 實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）要特別注意零件鍍前的清洗。由于該零件鍍前用砂輪拋光，可能有膠質(zhì)物黏附在零件上，如果不清洗干凈，極易造成鍍層剝落和起皮。所以，要求鍍前先用汽油仔細(xì)清洗零件，除油后在熱水中浸泡，以除去零件基體上的膠質(zhì)物。

（2）對(duì)鍍槽要勤于維護(hù)，應(yīng)定期檢查槽液是否清潔。如不滿足要求，應(yīng)及時(shí)對(duì)槽液進(jìn)行處理。每班前需要清洗打磨陽(yáng)極、導(dǎo)電棒等，保證導(dǎo)電接觸良好。

（3）鍍鎳槽的鎳陽(yáng)極應(yīng)套上尼龍布套，尼龍布套應(yīng)每周清洗一次，同時(shí)將鎳陽(yáng)極取出清洗，并用鋼絲刷將陽(yáng)極上的異物清除干凈。鍍鎳槽液應(yīng)每天進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，每隔2～3天取出濾芯，對(duì)其進(jìn)行清洗。

（4）鎳層上鍍鎳或鉻，除中間活化外，還要注意給電方式。這對(duì)鍍層結(jié)合力的影響非常大。

5 鎳/鉻組合電鍍的應(yīng)用前景

鎳/鉻組合鍍層不僅可以用于工程機(jī)械上，還可以用于航空產(chǎn)品及其他產(chǎn)品。

近期一家西南最大的工程機(jī)械制造基地落戶成都，預(yù)計(jì)其年銷售收入超過(guò)100億元。每臺(tái)工程機(jī)械上都要配置活塞桿，其電鍍的費(fèi)用不下5 000萬(wàn)元。這給電鍍行業(yè)帶來(lái)相當(dāng)好的外協(xié)合作項(xiàng)目。因此，掌握鎳/鉻組合電鍍工藝，不僅能提高我廠的表面處理能力，而且其具有廣闊的市場(chǎng)前景，能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

好的電鍍產(chǎn)品能給普通材料的零件增加幾倍的使用壽命。通過(guò)以上對(duì)鎳/鉻組合電鍍工藝的研究和實(shí)踐可以看出：采用半光亮鎳/高硫鎳/光亮鎳/鍍鉻工藝得到的組合鍍層，其質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到JB/T 10205的要求，防腐指標(biāo)達(dá)到CASS試驗(yàn)的9.5級(jí)要求，質(zhì)量和性能均滿足出口的需求。這種組合鍍層同樣可以服務(wù)于類似的航空產(chǎn)品。但此工藝復(fù)雜，對(duì)員工的操作技能、槽液的日常維護(hù)均提出了很高的要求。

Research and Practice of Composite Ni/Cr Plating

CHEN Jian-hong， GAO Liang-ru， PEⅠ Xiong
（Sichuan Chengfa Aero Science and Technology Co.，Ltd.，Chengdu 610503，China）

Composite coating has not only a bright appearance but also a good corrosion resistance.The applications of semi bright nickel/high sulphur nickel/bright nickel/chromium composite plating process are presented，and an in-depth research is made on the problems occurring in the production practice.

composite plating；corrosion resistance；adhesion

TQ 153

A

1000-4742（2014）03-0028-03

2012-09-27