汽車噴油嘴表面防護(hù)與改性

薛麗芳

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 德州253034）

0 前言

化學(xué)鍍鎳以其成本低廉、流程簡單和節(jié)能環(huán)保等工藝優(yōu)勢，愈發(fā)受到重視與青睞［1-2］。汽車工業(yè)中普遍使用化學(xué)鍍鎳技術(shù)［3-4］。噴油嘴作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近些年，新能源燃料和混合燃料被廣泛使用，隨之引發(fā)的燃油腐蝕問題愈發(fā)突出。噴油嘴異常腐蝕會(huì)導(dǎo)致噴油量增多，從而加重發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)載負(fù)荷，對發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和使用壽命構(gòu)成威脅。本研究采用化學(xué)鍍鎳工藝，在汽車噴油嘴表面鍍鎳，以期進(jìn)行表面防護(hù)與改性，改善其表面性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 工藝流程

1.2 主要工序說明

（1）表面處理

表面處理是化學(xué)鍍鎳工藝流程中的首要工序，包括除銹、除油、拋光和清洗等，目的是確保噴油嘴表面平整、清潔。

采用較小粒度的砂紙打磨以實(shí)現(xiàn)除銹效果。將噴油嘴完全浸沒在除油液（m碳酸鈉∶m氫氧化鈉∶m磷酸鈉=1∶1∶1）中，加熱至80℃并保持恒溫，徹底清除其表面積存的油污。以表面形成均勻水膜、無水珠積聚為判斷油污除凈與否的標(biāo)準(zhǔn)。采用拋光設(shè)備適度拋光噴油嘴表面，以獲得平整的表面狀況。除銹、除油和拋光完成后，采用蒸餾水清洗噴油嘴表面。

（2）酸洗浸蝕

將噴油嘴完全浸沒在鹽酸溶液中，浸泡約30s，徹底清除其表面的銹蝕。

（3）活化

將噴油嘴完全浸沒在體積分?jǐn)?shù)為10%的稀硫酸溶液中，以均勻小氣泡不間斷地從表面溢離脫附為判斷活化程度的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）預(yù)鍍

為了確保鍍鎳層與噴油嘴表面結(jié)合牢固，在化學(xué)鍍鎳前進(jìn)行預(yù)鍍。預(yù)鍍與后續(xù)化學(xué)鍍鎳采用相同組分的鍍液：硫酸鎳30g／L，氯化鎳30g／L，醋酸鈉20g／L，次磷酸鈉25g／L，乳酸25g／L。

（5）化學(xué)鍍鎳

化學(xué)鍍鎳過程中，采用機(jī)械攪拌促使鍍液均勻分散，并使鍍液溫度恒定在80℃。

（6）清洗

清洗貫穿于化學(xué)鍍鎳工藝流程的始末，幾乎每道工序結(jié)束后都需經(jīng)過清洗，目的在于清潔被鍍基體，避免各工序處理液間交互污染。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)鍍鎳層的形貌

采用Talysurf CCI 2000型白光干涉三維輪廓儀觀察化學(xué)鍍鎳層的三維形貌，并采用JSM-6390型掃描電子顯微鏡觀察其微觀形貌和截面形貌，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：化學(xué)鍍鎳層表面較平滑，組織較致密，并且不同位置處的厚度均為10μm左右，呈現(xiàn)出典型的均勻性和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征。這與文獻(xiàn)［5-6］中關(guān)于化學(xué)鍍鎳層形貌結(jié)構(gòu)的描述相吻合。

圖1 化學(xué)鍍鎳層的形貌

2.2 化學(xué)鍍鎳層的結(jié)合強(qiáng)度

參照《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學(xué)沉積層 附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評述》（GB／T 5270—2005），依次采用銼刀試驗(yàn)法和劃痕試驗(yàn)法測試化學(xué)鍍鎳層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。沿著與化學(xué)鍍鎳層表面呈45°的方向斜向上銼，化學(xué)鍍鎳層未出現(xiàn)局部翹曲、揭落和脫離基體的跡象。用硬質(zhì)金剛石刀具進(jìn)行加壓劃痕試驗(yàn)，劃痕區(qū)域內(nèi)的化學(xué)鍍鎳層與基體結(jié)合牢固。

2.3 化學(xué)鍍鎳層的顯微硬度與耐磨性

在HV-1000型高精度顯微硬度計(jì)上，隨機(jī)選取五個(gè)不同位置，施加載荷0.5N 并保持10s，測試化學(xué)鍍鎳層的顯微硬度。測得的數(shù)值依次為5 434 MPa、5 536 MPa、5 391 MPa、5 523 MPa和5 476 MPa，平均值為5 472 MPa。該數(shù)值高出硬鎳標(biāo)準(zhǔn)（3 000～5 000 MPa）。分析認(rèn)為，非晶態(tài)組織和致密結(jié)構(gòu)是化學(xué)鍍鎳層顯微硬度較高的主要原因。依據(jù)材料學(xué)理論，材料的耐磨性與顯微硬度間存在定性關(guān)系，即顯微硬度高通常意味著耐磨性好。由此推斷，呈現(xiàn)出非晶體組織和致密結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍍鎳層也有助于增強(qiáng)汽車噴油嘴表面的耐磨性。

2.4 化學(xué)鍍鎳層的耐酸腐蝕性

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為12%的鹽酸溶液和硫酸溶液為介質(zhì)，采用完全浸沒腐蝕法，以腐蝕速率為指標(biāo)評價(jià)化學(xué)鍍鎳層的耐酸腐蝕性。經(jīng)相同時(shí)間腐蝕，測得化學(xué)鍍鎳層在鹽酸溶液和硫酸溶液中的腐蝕速率分別為3.5×10-4mg／（mm2·h）和2.3×10-4mg／（mm2·h）。圖2為化學(xué)鍍鎳層腐蝕后的三維形貌與微觀形貌。由圖2可知：雖然表面存在著較多因腐蝕而形成的不規(guī)則微凹坑，但并未顯現(xiàn)較大的孔洞甚至是腐蝕穿孔的狀況。這表明非晶體組織和致密結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍍鎳層有效發(fā)揮阻礙腐蝕進(jìn)程、抑制腐蝕擴(kuò)展的作用，賦予汽車噴油嘴表面良好的耐酸腐蝕性。

圖2 化學(xué)鍍鎳層腐蝕后的三維形貌和微觀形貌

3 結(jié)論

采用化學(xué)鍍鎳工藝對汽車噴油嘴表面進(jìn)行防護(hù)與強(qiáng)化。表征了化學(xué)鍍鎳層的形貌、結(jié)合強(qiáng)度、顯微硬度和耐酸腐蝕性。得出結(jié)論：化學(xué)鍍鎳層與基體結(jié)合牢固，呈現(xiàn)出均勻平整的形貌和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征，賦予汽車噴油嘴表面良好的耐酸腐蝕性。

［1］李寧.化學(xué)鍍實(shí)用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

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