熱處理對(duì)鋁合金表面化學(xué)鍍鎳鍍層性能影響

張紅娟， 劉治虎

（西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安710068）

熱處理對(duì)鋁合金表面化學(xué)鍍鎳鍍層性能影響

張紅娟， 劉治虎

（西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安710068）

針對(duì)鋁合金表面化學(xué)鍍鎳層結(jié)合力和耐蝕性差的問(wèn)題，采用熱處理方法提高鍍層結(jié)合力和耐蝕性。高低溫試驗(yàn)后用劃痕法檢測(cè)結(jié)合力強(qiáng)度，運(yùn)用鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)耐蝕性。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)和結(jié)果分析表明：熱處理溫度和時(shí)間對(duì)鍍層性能存在交互作用；經(jīng)過(guò)150℃、1.5h熱處理，鍍層與基體結(jié)合力最好，80h高、低溫試驗(yàn)（高溫105℃，低溫-55℃）后，鍍層結(jié)合力強(qiáng)度為48.7MPa；鍍層經(jīng)過(guò)150℃、1h熱處理，鍍層耐蝕性最好，96h鹽霧試驗(yàn)后，外觀無(wú)白斑、起泡、脫皮等腐蝕現(xiàn)象。

鋁合金；化學(xué)鍍鎳；熱處理；結(jié)合力；耐蝕性

0 引言

鋁合金具有密度小、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，在各行各業(yè)中被廣泛使用,但同時(shí)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(yè)上一般采用鋁合金表面化學(xué)鍍鎳工藝。而鋁合金表面化學(xué)鍍鎳后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高低溫試驗(yàn)，鍍層會(huì)出現(xiàn)起皮、脫落現(xiàn)象；未起皮、脫落的鍍層經(jīng)過(guò)一定時(shí)間鹽霧試驗(yàn)后，基體也會(huì)出現(xiàn)輕微腐蝕、局部鍍層脫落現(xiàn)象。查閱相關(guān)文獻(xiàn)介紹，鍍后熱處理既可以有效改善鍍層和基體的結(jié)合力，也可以改善鍍層耐蝕性，但缺少相應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析。因此本文旨在通過(guò)高低溫和鹽霧試驗(yàn)，研究熱處理對(duì)鋁合金表面化學(xué)鍍鎳層結(jié)合力和耐蝕性影響。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

1.1 試件材料

本試驗(yàn)選用6061鋁合金作為化學(xué)鍍鎳基體材料，其化學(xué)成分見(jiàn)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(jiàn)圖1，共10組樣本。

1.2 試件制作

選用酸性化學(xué)鍍鎳工藝，對(duì)鋁合金樣本表面進(jìn)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(yàn)樣本的一致性，鋁合金樣本均在同一槽液中同時(shí)進(jìn)行化學(xué)鍍鎳?；瘜W(xué)鍍鎳完畢后，按照表2所示的熱溫度參數(shù)［3］分10組分別在真空爐中進(jìn)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(xué)成分 %

圖1 鋁合金樣本外觀圖

表2 鍍層熱處理參數(shù)

1.3 試驗(yàn)方法

對(duì)每組樣本進(jìn)行80h高低溫試驗(yàn)［4-5］，試驗(yàn)結(jié)束后，從每組試件中隨機(jī)抽取1件用劃痕法［1］進(jìn)行鍍層結(jié)合力檢測(cè)，其余樣本進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)［6］。

1）高低溫試驗(yàn)

高低溫試驗(yàn)采用上海埃斯佩克環(huán)境設(shè)備有限公司生產(chǎn)型號(hào)為SEF-Z-040US的高低溫試驗(yàn)箱，以高溫105℃、加熱2h，然后低溫-55℃、冷凍2h的頻率進(jìn)行循環(huán)處理80h。

2）鹽霧試驗(yàn)

鹽霧試驗(yàn)基于表3所示的試驗(yàn)條件及其容差，采用意大利生產(chǎn)型號(hào)為DCT600P/C0186的鹽霧試驗(yàn)箱處理。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T6461-2002金屬基體上金屬，以及其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)。

表3 試驗(yàn)條件及其容差

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

高低溫試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)后，鍍層結(jié)合力強(qiáng)度和耐蝕性結(jié)果見(jiàn)表4。

為了方便分析，將表4結(jié)果數(shù)據(jù)繪制成結(jié)合力強(qiáng)度、48h鹽霧試驗(yàn)評(píng)級(jí)RP和RA對(duì)于時(shí)間和溫度的多變異圖，見(jiàn)圖2～圖4。

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

這是因?yàn)闊崽幚磉^(guò)程可以消除鍍層和基體間的應(yīng)力，提高鍍層結(jié)合力。同時(shí)，熱處理還可以加速金屬原子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，溫度越高，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越快，時(shí)間越長(zhǎng)，原子間的擴(kuò)散層越厚，鍍層和基體的結(jié)合力越好。在合適的溫度和時(shí)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?yàn)殇X和鎳的熱膨脹鍍層與鋁合金之間由原來(lái)的機(jī)械咬合轉(zhuǎn)化為金屬鍵的結(jié)合［1］，從而使鍍層和基體間結(jié)系數(shù)不同，熱處理溫度太高，時(shí)間太長(zhǎng)，鍍層和基體間的結(jié)合力也會(huì)明顯下降。

圖2 溫度和時(shí)間對(duì)結(jié)合力強(qiáng)度的影響

圖3 溫度和時(shí)間對(duì)48h鹽霧試驗(yàn)Rp的影響

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

圖4 溫度和時(shí)間對(duì)48h鹽霧試驗(yàn)RA的影響

這是因?yàn)殄儗拥哪臀g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(duì)鍍層表面孔隙起封閉作用，有效隔絕腐蝕介質(zhì)，從而提高鍍層耐蝕性。所以在一定溫度和時(shí)間范圍內(nèi)，隨著熱處理溫度的升高，時(shí)間的延長(zhǎng)，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(lái)越多，在合金溶解時(shí)，相與基體之間形成腐蝕微電池，導(dǎo)致耐蝕性明顯降低。

由表4數(shù)據(jù)可知，熱處理參數(shù)為150℃、1.5h時(shí)（第7組），鍍層結(jié)合力最好，80h高低溫試驗(yàn)后，結(jié)合力強(qiáng)度為48.7MPa；熱處理參數(shù)為150℃、1h時(shí)（第6組），鍍層的耐蝕性最好，通過(guò)96h鹽霧試驗(yàn)后，外觀良好。

3 結(jié)論

1）熱處理溫度和時(shí)間對(duì)鍍層結(jié)合力及耐蝕性存在交互作用。

2）鋁合金表面化學(xué)鍍鎳層經(jīng)過(guò)150℃、1.5h熱處理，鍍層與基體結(jié)合力最好，通過(guò)80h高低溫試驗(yàn)后，鍍層結(jié)合力強(qiáng)度為48.7MPa。

3）鋁合金表面化學(xué)鍍鎳層經(jīng)過(guò)150℃、1h熱處理，鍍層耐腐蝕性能最好，通過(guò)96h中性鹽霧試驗(yàn)后，外觀無(wú)白斑、起泡、脫皮等腐蝕現(xiàn)象。

［1］ 周澤翔，程海斌，薛理輝，等.改善化學(xué)鍍層結(jié)合力的方法及其檢測(cè)手段［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2006，20（2）：80.

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

［3］ GB/T 13913-2008金屬覆蓋層化學(xué)鍍鎳-磷合金鍍層規(guī)范和試驗(yàn)方法［S］.

［4］ GJB150.3-1986軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法高溫試驗(yàn)［S］.

［5］ GJB150.4-1986軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法低溫試驗(yàn)［S］.

［6］ GJB150.11-1986軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法鹽霧試驗(yàn)［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?yàn)闄C(jī)械加工工藝。

2014-02-25