近年来,随着科学技术的突飞猛进,新材料不断问世,对材料的处理加工工艺要求也不断提高,化学镀Ni-P合金复合热处理便是其中一种极具发展潜力的处理技术。化学镀Ni-P合金复合热处理是将热处理工艺与化学镀Ni-P合金处理技术相复合,以更大程度地挖掘材料潜力,使零件获得单一工艺所无法达到的优良性能。这一发展方向是我国2010年以前发展和改进中国的热处理工艺技术,缩小与先进国家热处理水平差距的重要方向之一[1]。
1化学镀Ni-P合金及其基本原理
化学镀方法是一种操作简便,对设备要求不高,且适用于任何复杂形状工件的处理技术,其中研究和应用最为广泛的是化学镀Ni-P合金。它具有较高的硬度、耐磨性、优异的耐腐蚀性和良好的钎焊性能,镀层均匀、光洁度高,且镀层与基体结合牢固。因此受到国内外广泛的关注,并向许多应用领域延伸[2、3]。
化学镀Ni-P合金的基本原理目前为大多数人接受的是原子氢态理论[4],分为几个步骤:
(1)镀液在加热时,通过次亚磷酸盐在水溶液中脱氢,形成亚磷酸根,同时放出初生态原子氢,即:
(2)初生态的原子氢吸附催化金属表面而使之活化,使镀液中的镍阳离子还原,在催化金属表面上沉积金属镍,即:
(3)随着次亚磷酸根的分解,还原成磷,即:
(4)镍原子和磷原子共同沉积而形成Ni-P固溶体。
次亚磷酸盐在催化剂作用下,可生成活性氢原子,它将镍离子还原为金属镍,与此同时,活性氢原子还将次亚磷酸根还原生成单质磷,因而所得的镀层为Ni-P合金固溶体。所沉积的镍具有自催化作用,使氧化还原反应不断进行,从而使Ni-P层不断增厚,理论上,镀层厚度与反应时间成正比。
从反应可知,伴随反应产生活性氢原子吸附在催化剂表面上并有大量氢气析出(副反应),故在镀层中夹杂有氢,因此镀层有较大的内应力和氢脆,镀层表现出较大的脆性;另一方面,当含磷量较高时,镀态组织形成非晶态[5],更增加了镀层的脆性,削弱了镀层与基体的结合力。正是由于这些原因,才出现了化学镀Ni-P合金和热处理的复合处理技术。
2镀后热处理强化原理
2.1化学镀Ni-P合金的镀态组织及性能
据资料报道[2,6],化学镀Ni-P合金的镀态组织为“菜花状”或“胞状”,镀层厚度均匀。经XRD分析,含磷量较高的镀层,其衍射峰为“山丘”状弥散的对称衍射峰,说明镀态组织为典型的非晶态[7]。且其结构具有随含磷量降低由非晶态微晶晶态转变的趋势[5]。镀层内应力为拉应力[8]。
镀层抗腐蚀性能较好,对除硝酸、三氯化铁等少数几种介质外的大部分腐蚀介质,如硫酸、盐酸、氢氟酸、氢氧化钠等,其抗腐蚀能力是1Cr18Ni9Ti不锈钢的数倍。镀层具有一定的硬度,为HV520-580,经热处理后可大幅度提高。