替代硬鉻工藝的方法及合金電鍍發(fā)展趨勢課件

1、替代硬鉻工藝的技術(shù)途徑及工藝特點課題報告之 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導(dǎo)致嚴重的環(huán)境問題。鍍鉻工藝使用的鉻酸溶液，會產(chǎn)生含鉻酸霧和廢水，而且還有其它一些缺點，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，造成鍍層表面出現(xiàn)銹斑甚至剝落；電

2、鍍工藝沉積速度慢（約25m/ h），鍍0. 20. 3mm厚的鍍層往往需要23個班的時間，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1.鎢基非晶態(tài)合金鍍二、新工藝及其特點 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，其主要特點為： 克服了現(xiàn)有鍍鉻工藝六價鉻對環(huán)境的嚴重污染； 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

3、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。其性能指標在以下幾方面也優(yōu)于鍍鉻工藝。耐蝕性：傳統(tǒng)的鍍硬鉻工藝不能形成耐蝕性強的鍍層。微硬度：此工藝鍍層硬度介于6001300HV。鍍厚能力：鍍厚可達到0.3mm，通過對不同的基底材料進行合適的前處理，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，遠離基體則裂紋消失，因此該鍍層鍍厚后可以很好地保護基底，克服鍍硬鉻無法做到的無裂紋鍍硬鉻。2.高速火焰噴涂（HVOF） 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

4、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)合強度不高的弱點得以克服，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實的技術(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。 相較而言，熱噴涂涂層不但能達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，特別是有嚴重磨損并有

5、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能，因而撞擊角度需盡可能地接近90，以防止顆粒在撞擊時變形。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。3.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

6、推廣還需進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)熱處理后遠遠超過常規(guī)鍍鉻層面所具有的7501000HV且更加耐摩擦。8離子束注入技術(shù)優(yōu)缺點金屬離子注入技術(shù)相對于鍍硬鉻工藝有5個優(yōu)點： 尺寸不變化，能保證被處理零件有嚴格的公差； 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

7、是，金屬離子注入技術(shù)必須在真空（真空度達到1.3310（-3）Pa）下進行處理，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) 近些年來,在研究和使用代鉻電鍍方面也取得了明顯的進展。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合金更接近六價鉻鍍層的外觀和特性。以上幾種合金鍍層的硬度較低,不宜作為代硬鉻鍍層,但Ni-W合金經(jīng)熱處理后(硬度達10001200 HV)可代硬鉻。代硬鉻鍍層可分

8、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,硬度達到11001200HV,且鍍液的分散能力非常好,目前認為是替代硬鉻較為理想的鍍層。四、結(jié)束語 以上幾種新工藝可在不同領(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，但也有一定的局限性。因此在進行鍍硬鉻工藝替代方案中應(yīng)根據(jù)

9、具體的要求，從技術(shù)、經(jīng)濟以及環(huán)保的角度來綜合選擇合適的替代新工藝，達到減少或無六價鉻產(chǎn)生的目的。關(guān)于1、3課題理解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，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：高機械強度、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

10、、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,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、C