替代硬鉻工藝方法及合金電鍍發(fā)展趨勢

1、替代硬鉻工藝的技術(shù)途徑及工藝特點(diǎn)替代硬鉻工藝的技術(shù)途徑及工藝特點(diǎn)課題報(bào)告之 鍍硬鉻是一種傳統(tǒng)的表面電鍍技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用長達(dá)70 多年。鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮且工藝相對比較簡單，成本較低。長期以來，鉻鍍層除了作為裝飾涂層 外，還廣泛作為機(jī)械零部件的耐磨和耐蝕涂層。 電鍍硬鉻鍍層技術(shù)常常用來修復(fù)破損部件但電鍍硬鉻工藝會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。鍍鉻工藝使用的鉻酸溶液，會(huì)產(chǎn)生含鉻酸霧和廢水，而且還有其它一些缺點(diǎn)，如：硬度一般為800900 HV，硬度比一些陶瓷和金屬陶瓷材料低，且硬度還會(huì)隨溫度升高而降低；鍍鉻層存在微裂紋，不可避免產(chǎn)生穿透性裂紋，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)從表面滲透至界面而腐蝕基體，

2、造成鍍層表面出現(xiàn)銹斑甚至剝落；電鍍工藝沉積速度慢（約25m/ h），鍍0. 20. 3mm厚的鍍層往往需要23個(gè)班的時(shí)間，也不利于厚鍍層的應(yīng)用。 因此，研究領(lǐng)域一直努力尋找替代電鍍硬鉻的新工藝。目前已出現(xiàn)許多新工藝并得到應(yīng)用和發(fā)展。一、硬鉻工藝一、硬鉻工藝1 1. .鎢基非晶態(tài)合金鍍鎢基非晶態(tài)合金鍍二、新工藝及其特點(diǎn)二、新工藝及其特點(diǎn) 電鍍鎢基非晶態(tài)合金代替鍍鉻工藝是一種非晶態(tài)合金電鍍技術(shù)，鍍層的主要成分為W-Fe-Ni和W-Co-Ni及其它少量的合金成分，完全不含鉻元素。該工藝從研發(fā)開始即引進(jìn)了清潔生產(chǎn)的概念，能耗小，廢棄物處理量少。相對于鍍鉻工藝，其主要特點(diǎn)為： 克服了現(xiàn)有鍍鉻工藝六價(jià)鉻對

3、環(huán)境的嚴(yán)重污染； 在硬度、耐磨、耐蝕等主要性能上相當(dāng)或優(yōu)于鍍鉻； 物料利用率高，生產(chǎn)成本較低； 可以充分利用現(xiàn)有的鍍鉻工藝設(shè)備，改造工程??； 鍍液為弱堿性，因而對廠房和設(shè)備的腐蝕小，延長了設(shè)備的使用壽命。其性能指標(biāo)在以下幾方面也優(yōu)于鍍鉻工藝。l耐蝕性：傳統(tǒng)的鍍硬鉻工藝不能形成耐蝕性強(qiáng)的鍍層。l微硬度：此工藝鍍層硬度介于6001300HV。l鍍厚能力：鍍厚可達(dá)到0.3mm，通過對不同的基底材料進(jìn)行合適的前處理，可以得到與基底材料結(jié)合力很好的鍍層。與基底接觸的部分略帶裂紋，遠(yuǎn)離基體則裂紋消失，因此該鍍層鍍厚后可以很好地保護(hù)基底，克服鍍硬鉻無法做到的無裂紋鍍硬鉻。2.2.高速火焰噴涂（高速火焰噴涂（

4、HVOFHVOF） 熱噴涂技術(shù)是一種將涂層材料（粉末或絲材）送入某種熱源（電弧、燃燒火焰、等離子體等）中熔化、并利用高速氣流將其噴射到基體材料表面形成覆蓋層的工藝。該工藝操作簡便，靈活高效，涂層材料種類繁多（金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等）。近年來高能、高速火焰噴涂（HVOF）設(shè)備的出現(xiàn)，使得熱噴涂涂層孔隙多、結(jié)合強(qiáng)度不高的弱點(diǎn)得以克服，涂層質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，使得熱噴涂涂層代替鍍硬鉻層有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。其中的高速火焰噴涂技術(shù)（HVOF），涂層的孔隙率小于1%，結(jié)合強(qiáng)度大于80Mpa，涂層沉積的速度很快。這些特性使得HVOF成為最具有吸引力的替代電鍍硬鉻層的方法。HVOF與鍍硬鉻工藝比較。

5、 相較而言，熱噴涂涂層不但能達(dá)到鍍鉻層的鏡面光潔度，而且在硬度及耐磨性等方面還大大超過鍍鉻層，完全可以在一些應(yīng)用中取代硬鉻，特別是有嚴(yán)重磨損并有腐蝕的場合。 HVOF工藝的局限性在于不能用于小直徑的內(nèi)噴涂作業(yè)。這種工藝采用非常高的動(dòng)能，因而撞擊角度需盡可能地接近90，以防止顆粒在撞擊時(shí)變形。再者，HVOF噴涂工藝的噴涂距離約為300mm，若加上噴槍的長度就意味著可噴涂的最小內(nèi)部尺寸為450mm。83.3.鍍金剛粉鍍金剛粉 傳統(tǒng)的鍍鉻，以其鍍后表層硬度高、光潔度好、耐磨性佳等一系列優(yōu)點(diǎn)而受人們青睞。而鍍金剛粉這一表面處理新工藝的出現(xiàn)，卻使鍍鉻技術(shù)相形見絀。 該工藝采用化學(xué)鍍，將粒徑為13m的金剛

6、粉粒子（或陶瓷粒子、碳化硅粒子）均勻適度地分布于鍍槽懸浮液中并與鎳離子共沉積，最終獲得均勻的鍍層。該工藝中鍍液的選擇、粒子的濃度和攪拌是很重要的，該工藝的廣泛推廣還需進(jìn)一步摸索和研究工藝參數(shù)的控制。 鍍金剛粉后的工件，其外層硬度經(jīng)熱處理后遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)鍍鉻層面所具有的7501000HV且更加耐摩擦。4.4.離子束注入技術(shù)離子束注入技術(shù) 金屬離子注入是通過高能金屬離子的轟擊來改變金屬表面性能的工藝。因?yàn)樵摴に嚥簧赏繉?，零件尺寸和整體性能保持不變，注入后的表面不存在附著力、殘余應(yīng)力和不良的顯微組織等問題，離子注入的表面耐磨性和耐蝕性均優(yōu)于鍍鉻表面，所以是一種處理溫度比較低的工藝，可處理塑料、鋁和低

7、合金鋼等材料。 金屬離子注入技術(shù)幾乎能處理任何材料，如各種金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃，大多數(shù)塑料、復(fù)合材料，一些有機(jī)材料等。前處理過程只需要清洗而不需要其它處理過程如酸洗、拋光、磨削、噴砂或熱處理等。由于注入后表面尺寸不變化，所以通常也不用夾具。離子束注入技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)金屬離子注入技術(shù)相對于鍍硬鉻工藝有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 尺寸不變化，能保證被處理零件有嚴(yán)格的公差； 注入溫度通常在150以下，一般不需要后處理； 不產(chǎn)生有害的廢物，不需要處理廢液和廢氣等； 大多數(shù)金屬離子注入后可用X射線熒光光譜儀作質(zhì)量控制； 具有靈活性和適應(yīng)性，可提供多種不同材質(zhì)的涂層。 與鍍硬鉻工藝相比，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，金屬離子注入技術(shù)可

8、提高材料的耐磨性，提高硬度，減少摩擦，提高耐氧化、腐蝕性，提高光學(xué)性能，增加疲勞壽命，降低氫脆性等。 但是，金屬離子注入技術(shù)必須在真空（真空度達(dá)到1.3310（-3）Pa）下進(jìn)行處理，而且它是直射的，最大入射角為45 ，所以復(fù)雜的零件必須在離子束中作特殊處理，對深徑比大于1 的孔，內(nèi)壁不能處理，顯然離子注入不能用于厚涂層，如零件的修復(fù)等。三、總結(jié)三、總結(jié) 近些年來,在研究和使用代鉻電鍍方面也取得了明顯的進(jìn)展。裝飾鉻鍍層外觀光亮,有較好的耐蝕性。目前已得到應(yīng)用的代裝飾鉻層有Sn-Co、Sn-Ni、Ni-W和Co-W合金等,其中Sn-Co和Co-W合金更接近六價(jià)鉻鍍層的外觀和特性。以上幾種合金鍍層

9、的硬度較低,不宜作為代硬鉻鍍層,但Ni-W合金經(jīng)熱處理后(硬度達(dá)10001200 HV)可代硬鉻。代硬鉻鍍層可分為電鍍合金、化學(xué)鍍合金。 (1)電鍍合金：主要有電鍍Ni-P、Ni-B、Ni-Mo和Ni-W及其三元合金等,以上合金都具有較高的硬度和耐磨性,特別是經(jīng)過熱處理后,其硬度超過1000HV。 (2)化學(xué)鍍合金：化學(xué)鍍合金在工業(yè)上已得到大量應(yīng)用。合金中含磷量對鍍層的性能影響很大,含磷量低的鎳-磷合金(含磷1%4%)鍍層,其硬度為700HV,在400下經(jīng)過1h熱處理后,硬度達(dá)到11001200HV,且鍍液的分散能力非常好,目前認(rèn)為是替代硬鉻較為理想的鍍層。四、結(jié)束語四、結(jié)束語 以上幾種新工藝

10、可在不同領(lǐng)域替代鍍硬鉻傳統(tǒng)工藝，與現(xiàn)行鍍硬鉻技術(shù)相比，有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的局限性。因此在進(jìn)行鍍硬鉻工藝替代方案中應(yīng)根據(jù)具體的要求，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保的角度來綜合選擇合適的替代新工藝，達(dá)到減少或無六價(jià)鉻產(chǎn)生的目的。關(guān)于1、3課題理解課題一課題一合金電鍍目前的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展及工藝優(yōu)點(diǎn)合金電鍍目前的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展及工藝優(yōu)點(diǎn) 電鍍合金由于其具有較高的硬度、致密性、耐蝕性、耐(磨)摩性、潤性、耐高溫性、釬焊性、磁性以及裝飾性，具體可分為：2.電鍍裝飾性合金 近幾年來防護(hù)性合金有了較快的發(fā)展，主要是鋅基合金。目前，在生產(chǎn)上大量應(yīng)用的有鋅-鎳、鋅-鐵、鋅-鈷、鋅-錫及鎘-鈦等。它們對鋼鐵基體來說屬于陽極鍍

11、層，具有電化學(xué)保護(hù)作用，特別適用于要求高耐蝕和低氫脆的產(chǎn)品。1.電鍍防護(hù)性合金 裝飾性合金應(yīng)用廣泛，通?？煞譃椋捍嚭辖?，如銅-錫合金和鎳-鐵合金等，常作為裝飾鉻的底層，可減少鎳的消耗，以降低成本；代鉻合金，近年來開發(fā)的錫基合金，如錫-鎳、錫-鈷以及錫-鎳-X(X代表鋅、鈷、鎘等金屬)三元合金等，其目的主要是降低污染；仿金合金，作為仿金鍍層的合金有，銅-鋅、銅-錫、銅-錫-鋅、銅-鋅-銦合金等。3.電鍍功能性合金 由于合金鍍層具有的特殊性能及使用上的特殊要求，可分為耐磨性、可焊性、電催化性能、磁性及軸承合金等。4.電鍍貴金屬合金 主要指以金、銀、鈀等貴金屬為基的合金，這類合金有其特殊的使用要求

12、，多用在電子元器件上。5.電鍍非晶態(tài)合金 值得注意的是：近10多年來，電鍍非晶態(tài)合金有了較快的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)合金具有很多優(yōu)異性能，例如：高機(jī)械強(qiáng)度、高耐蝕性、超導(dǎo)性、耐放射性和催化特性等。因此，電鍍非晶態(tài)合金已引起人們的極大關(guān)注。用電鍍法得到的非晶態(tài)合金，通常是以鐵族元素(如鐵、鈷、鎳)為基，與非金屬元素(如磷、硼、碳等)，或與過渡元素(如鉬、鎢、鉻和錸等)形成的二元合金或三元合金。合金電鍍技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展合金電鍍技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展 由于電鍍合金具有許多單金屬不具備的優(yōu)良特性,因而對它的研究和應(yīng)用一直受到人們的重視,并取得了積極的效果。近幾年來,隨著新型材料的不斷涌現(xiàn)和飛速發(fā)展,“非晶態(tài)”合金

13、和“納米”合金的研究和應(yīng)用。已引起人們的極大興趣,特別是新型納米合金材料的優(yōu)異特性,最引人關(guān)注。近年來,納米材料的發(fā)展和應(yīng)用非常迅速。納米合金是納米材料的一種類型,用電鍍法制備的納米合金材料,方法和設(shè)備簡單,能耗低,易操作和成本低等優(yōu)點(diǎn),還具備優(yōu)良特性。如用電鍍法得到的Ni-W納米合金,具有高的硬度、高耐蝕和抗高溫等優(yōu)異特性,可取代硬鉻,耐磨壽命提高一倍以上。又如Co-Ni、Co-W合金納米材料,具有良好的吸波特性,具備變頻帶和兼容性好,質(zhì)量輕,厚度薄,在軍工產(chǎn)品上用作隱身材料。目前,用電沉積法已經(jīng)得到了Ni-Cu、Ni-Mo、Ni-W、Ni-W-B及Ni-W-P等多種納米合金,具有高的熱穩(wěn)定性,良好的可焊性,耐磨性和耐蝕性,可用于微電子電路,還有良好的催化析氫特性,硬度明顯優(yōu)于Ni-W。非晶態(tài)合金和納米合金的發(fā)展趨勢高耐蝕性合金 主要是鋅基合金。另外,如Ni-Cu納米合金等具有優(yōu)異的耐海水、酸、堿、氧化還原性氣體腐蝕的特性,將會(huì)在工業(yè)上大量應(yīng)用。電催化活性合金 利用Ni、W、Mo等金屬制備納米合金催化劑。如Ni-Mo納米合金等作為催化劑,具有良好的析氫催化特性,在電極、加氫、氧化、還原和聚合反應(yīng)中具有特殊的功能。磁性合金