化學(xué)復(fù)合鍍的研究與應(yīng)用

毛良程

【摘 要】化學(xué)復(fù)合鍍層因復(fù)合粒子的性能特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。本文就國內(nèi)外化學(xué)復(fù)合鍍的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述。具體從硬度、耐磨性、自潤滑性方面對(duì)各種Ni-P基、Ni-B基化學(xué)復(fù)合鍍的工藝研究及鍍層結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，并認(rèn)為目前關(guān)于化學(xué)復(fù)合鍍的研究仍然集中在耐磨和自潤滑鍍層方面。對(duì)不同化學(xué)復(fù)合鍍層的應(yīng)用做了總結(jié)，并對(duì)其提出了展望。

【關(guān)鍵詞】鎳-磷；化學(xué)鍍；復(fù)合鍍；應(yīng)用

一、化學(xué)復(fù)合鍍層的形成機(jī)理

大量研究表明，惰性粒子的加人并不影響基質(zhì)金屬的沉積機(jī)理，化學(xué)復(fù)合鍍鎳的沉積如Cutezit C的催化理論，即在催化表面發(fā)生如下反應(yīng)，形成Ni-P合金。

[H2PO2]-+H2O→[HPO3]2-+H++2H

Ni2++2[H]→Ni+2H+

[H2PO2]-+H→H2O+[OH]-+P [1]

化學(xué)復(fù)合鍍中顆粒共沉積機(jī)理的研究建立在復(fù)合電沉積機(jī)理的基礎(chǔ)上，復(fù)合電沉積機(jī)理主要有：（1）機(jī)械截留機(jī)理一即粒子依靠機(jī)械作用力懸浮于鍍液并與鍍件表面接觸，部分實(shí)現(xiàn)強(qiáng)吸附而形成的共沉積；（2）電化學(xué)機(jī)理一即粒子依靠吸附正離子，在界面和外加電場的作用下移向陰極表面發(fā)生的共沉積〕化學(xué)復(fù)合鍍不存在外加電場，其沉積機(jī)理更多地認(rèn)為以機(jī)械截留為主?；瘜W(xué)復(fù)合鍍時(shí)，鍍件表面對(duì)沉積金屬具有均勻的催化活性，鍍層以疊層方式生長，基質(zhì)金屬以面沉積方式同時(shí)俘獲大量顆粒，而非復(fù)合電鍍中只有靠近金屬沉積點(diǎn)附近的粒子才能被鑲?cè)隋儗?，因此化學(xué)復(fù)合鍍中基質(zhì)金屬在短時(shí)間內(nèi)可以完成對(duì)大量顆粒的俘獲，延長施鍍時(shí)間并不能改變復(fù)合粒子的共析度

二、化學(xué)鍍Ni-P 新工藝

隨著人們對(duì)鍍層性能要求的日益提高，傳統(tǒng)的Ni-P鍍層已不能完全滿足要求，化學(xué)鍍Ni-P基合金、化學(xué)復(fù)合鍍Ni-P應(yīng)運(yùn)而生。這些工藝不僅具有傳統(tǒng)化學(xué)鍍Ni-P合金的許多優(yōu)點(diǎn)，如均鍍、深鍍能力好，鍍層致密，施鍍工藝簡單，便于在各種新型材料上應(yīng)用等，還可以勝任許多單金屬鍍層無法勝任的場合，并成為化學(xué)鍍Ni-P的主要研究方向。

（一）化學(xué)鍍Ni-P基合金工藝

化學(xué)鍍Ni-P基合金是指在化學(xué)鍍Ni-P的基礎(chǔ)上加入第三組元或更多組元而形成的合金，通過合金化的方法調(diào)整和改變材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而改善其物理化學(xué)特性。如加入高熔點(diǎn)、高硬度的鉻族元素W、Cr等，以提高鍍層的耐磨、耐熱及耐蝕性能；加入Fe、Co元素，改善鍍層磁性能；加入Cu、Sn，滿足鍍層的可焊性、導(dǎo)電性要求。

（二）化學(xué)復(fù)合鍍Ni-P工藝

自1966年W.Metzger成功制備出Ni-P-Al2O3化學(xué)復(fù)合鍍層以來，化學(xué)復(fù)合鍍的研究進(jìn)行得廣泛而深入?；瘜W(xué)復(fù)合鍍是指在化學(xué)鍍?nèi)芤褐屑尤氩蝗苄晕⒘?，使之與化學(xué)鍍合金共沉積從而獲得具有各種不同物理化學(xué)性質(zhì)的鍍層的一種工藝。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米化學(xué)復(fù)合鍍成為目前研究的熱點(diǎn)。它以納米微粒作為添加劑，可以得到性能更優(yōu)的鍍層。

在鍍液中加入納米SiC、納米TiO2粒子，通過合適的鍍液成分及工藝參數(shù)所得到的性能優(yōu)良的復(fù)合鍍層，在硬度和耐磨性方面都有明顯提高。高加強(qiáng)采用化學(xué)鍍方法獲得了Al2O3、TiO2或SiC多種納米粒子改性的Ni-P合金化學(xué)復(fù)合鍍層，并深入研究了其晶化行為。結(jié)果表明，納米粒子降低了非晶態(tài)化學(xué)鍍Ni-P合金基體的晶化溫度，原因是納米粒子在非晶態(tài)基體中引入了界面，導(dǎo)致界面增加，從而改變鍍層的晶化行。

三、化學(xué)復(fù)合鍍層的應(yīng)用

化學(xué)復(fù)合鍍層因復(fù)合粒子的性能特點(diǎn)在機(jī)械、航空、汽車及電子工業(yè)中應(yīng)用廣泛。

Ni-P-SiC化學(xué)復(fù)合鍍層廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件，Ni-P-SiC（w=20%～25%）復(fù)合鍍層用于玻璃、強(qiáng)化塑料成型用模具時(shí)，耐熱性好，在溫度低于316℃下可連續(xù)使用，低于538℃可間斷使用。由于鍍層致密、表面光滑、尺寸精度高，Ni-P-SiC復(fù)合鍍層廣泛應(yīng)用于高壓閥、紡織機(jī)械、牙科醫(yī)療機(jī)械等方面。

Ni-P-Si3N4復(fù)合鍍層應(yīng)用于柴油機(jī)零件活塞環(huán)上，可以使活塞環(huán)的耐磨性提高2倍。Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層不僅具備Ni-P合金的優(yōu)異性能，同時(shí)因?yàn)镻TFE的加入使得其具有減摩、不粘性、抗咬合等性能特點(diǎn)，使得這種復(fù)合鍍層具有廣泛的用途。抽油桿上施鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層，可使抽油桿的粘滯阻力比常規(guī)鍍Ni-P的抽油桿下降20%，可減少抽油桿的磨損斷裂事故，延長使用壽命。將Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層應(yīng)用在精紡機(jī)鋼令以及不銹鋼勺拉伸模上，效果顯著，使工件壽命成倍提高。將塑料模具進(jìn)行化學(xué)復(fù)合鍍，結(jié)果表明其低的摩擦系數(shù)可使得模具的使用壽命提高，防止工件粘模，改善制品表面質(zhì)量。除上述應(yīng)用外，Ni-PPTFE復(fù)合鍍層還可用于座椅安全帶，以保證在安全情況下的活動(dòng)自如。磁盤上的齒輪鍍一層Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層，可以避免因硬質(zhì)粒子污染而導(dǎo)致對(duì)磁盤的刮擦。另外，復(fù)印機(jī)和打印機(jī)上的磨損部件要和紙張發(fā)生成千上萬次的摩擦，如果鍍覆這種自潤滑鍍層，將會(huì)有效延長這些零部件的使用壽命。電子開關(guān)因?yàn)殚_與關(guān)的頻率較高，通過Ni-P-PTFE鍍覆可以減少摩擦，提高壽命，節(jié)省成本。[5]5μm厚的Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層可使得鋁制氣動(dòng)機(jī)的壽命從原來的30000周期提高到3000000周期。除此之外，在許多滑動(dòng)摩擦副中，該復(fù)合鍍層的應(yīng)用效果更佳，例如：軸承、泵、閥件、缸套、活塞、襯套、導(dǎo)向筒等，特別是在一些不允許或難添加潤滑油的場合，如食品機(jī)械、真空、太空機(jī)械等。這種鍍層的自潤滑功能，在食品、廚房器具上應(yīng)用可發(fā)揮鍍層憎油、憎水特性，利于保潔?？傊?，Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層具有廣泛的用途，已被用于各行各業(yè)。