45钢化学镀实验及镀层性能研究
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摘要
化学镀镍(electroless nickel plating)是通过金属表面的自催化还原沉积金属的一种化学反应。由于化学镀具有许多优于电镀的特性,加上化学镀层具有突出的性能,在计算机、微电子工业、石油化工工业、机械、模具、汽车、食品、航天航空等行业得到广泛的应用。
本文全面地研究了化学镀镍有关规律、特性以及实用价值,为发展、推广应用化学镀创造基础。
通过酸性化学镀镍、碱性化学镀镍、多元化学镀等实验,找出化学镀镍的工艺特点,并对实验样品做了较全面的性能测试,从理论上进行了分析。实验结果表明:
①酸性化学镀镍的镀层含磷量高,施镀温度也高。镀层结构为非晶态和微晶态的混合结构,即混晶态。镀层的耐腐蚀性极好,在稀酸、碱、盐、大气等中腐蚀很少。经过热处理后,镀层的硬度可达到1000HV左右。耐磨性能优良,且镀层结合力牢固。
②碱性化学镀镍的镀层含磷量较低,启镀温度也低。镀层结构趋向于微晶态。耐蚀性比较差。适应于低温化学镀,如塑料化学镀等。
③多元化学镀是化学镀的发展方向。Cu-Ni-P化学镀的耐腐蚀性最好,在稀硫酸中的耐腐蚀性甚至超过不锈钢。此外,Cu-Ni-P镀层的钎焊性也很好,在印刷电路、计算机镀底盘、空间望远镜的电子元件外罩等方面都有重要的应用。
④镀后处理。镀后处理有钝化处理和热处理,钝化处理可以提高镀件在某些腐蚀介质中的耐腐蚀性。热处理不仅可以消除镀层内部应力,还可以形成氧化膜,改善镀件在大气中的耐蚀性。热处理还有一个主要作用,就是提高镀件的硬度,极大地提高耐磨性。使化学镀在磨损零件修复、塑料模具、齿轮、齿轮轴、石油阀门球芯等方面得到良好的应用。
本文还着重讨论了各种镀液配方对化学镀镍工艺的影响、工艺参数对镀层含磷量的影响以及提高镀件耐蚀性、耐磨性的各种方法等。实验证明,双层镀是提高镀件耐蚀性最有效的措施。而加入合金元素(多元化学镀)则能明显地提高硬度和耐磨性。
Electroless nickel plating is a chemical reaction in which metal atoms are deposited by self-catalysis at surface of the metal. Because of its remarkable characteristics superior to those of electroplating, and excellent properties of plating coating, electroless nickel plating has been widely applied to many fields including computer and micro-electron industries, petroleum and chemical industries, machinery and automobile industries, foods, die and mould, aviation and aerospace industries. The technological characteristics of electroless nickel plating are found out by the experiments of acidic electroless plating, alkaline electroless nickel plating and electroless multi-components plating, various characteristics of experiment samples are tested, and its results are analyzed theoretically. The results are as follows.
①Acidic plating coating contains high content of phosphorus, its plating temperature is also high. The structure of coating, called mixed crystal, is mixture of amorphous and micro-grains. The corrosion resistance of Ni-P coating is very good, as a result, it is corroded only a little in diluted acid, diluted alkali, salt and air. The hardness of Ni-P coating is up to the value of 1000HV after heat treatment, and its abrasion resistance is also excellent and force combining with base is quite firm.
②The content of phosphorus in alkaline coating is low, and plating temperature is also low. The structure of the coating is similar to micro-grain. its corrosion resistance is worse than that of acidic coating. Alkaline electroless plating may be prepared at lower temperature, so plastics can be plated with Ni-P coating by alkaline electroless plating.
③Electroless multi-components plating represents the tendency of Electroless nickel plating. The corrosion resistance of Ni-Cu-P coating is the best, even its corrosion resistance is more excellent than that of stainless steel in some acid. In addition, solderability of Cu-Ni-P coating is good, so it is widely applied to many fields including printed circuit boards, hard disks of computer, and cases of electronic component at space telescope, etc.
④Treatment after plating. After electroless plating the coating can be treated in heat treatment and passivating treatment. Passivation may improve the corrosion resistance of plating work-pieces in some corrosive medium. Heat treatment not only removes stress within coating but also forms oxidizing film at the surface of work-pieces, so corrosion resistance in air may be greatly improved. In addition, heat treatment may greatly improve the hardness of the coating and abrasion resistance. Therefore, the electroless plating is widely applied to many fields including reparation of worn workpieces, plastic die and mould, gear, gear-shafts, and ball cores of valves in petroleum, etc.
Besides, the influence of components of plating solution on the technology of electroless plating and the effect of the technical parameters on the content of phosphorus within coating are discussed in this paper. How to improve corrosion resistance and abrasion resistance is also discussed in this paper. The experiment suggests that plating double-coating can most effectively improving corrosion resistance and adding alloy elements to coating may greatly improve hardness and abrasion resistance of the coating.
本文全面地研究了化学镀镍有关规律、特性以及实用价值,为发展、推广应用化学镀创造基础。
通过酸性化学镀镍、碱性化学镀镍、多元化学镀等实验,找出化学镀镍的工艺特点,并对实验样品做了较全面的性能测试,从理论上进行了分析。实验结果表明:
①酸性化学镀镍的镀层含磷量高,施镀温度也高。镀层结构为非晶态和微晶态的混合结构,即混晶态。镀层的耐腐蚀性极好,在稀酸、碱、盐、大气等中腐蚀很少。经过热处理后,镀层的硬度可达到1000HV左右。耐磨性能优良,且镀层结合力牢固。
②碱性化学镀镍的镀层含磷量较低,启镀温度也低。镀层结构趋向于微晶态。耐蚀性比较差。适应于低温化学镀,如塑料化学镀等。
③多元化学镀是化学镀的发展方向。Cu-Ni-P化学镀的耐腐蚀性最好,在稀硫酸中的耐腐蚀性甚至超过不锈钢。此外,Cu-Ni-P镀层的钎焊性也很好,在印刷电路、计算机镀底盘、空间望远镜的电子元件外罩等方面都有重要的应用。
④镀后处理。镀后处理有钝化处理和热处理,钝化处理可以提高镀件在某些腐蚀介质中的耐腐蚀性。热处理不仅可以消除镀层内部应力,还可以形成氧化膜,改善镀件在大气中的耐蚀性。热处理还有一个主要作用,就是提高镀件的硬度,极大地提高耐磨性。使化学镀在磨损零件修复、塑料模具、齿轮、齿轮轴、石油阀门球芯等方面得到良好的应用。
本文还着重讨论了各种镀液配方对化学镀镍工艺的影响、工艺参数对镀层含磷量的影响以及提高镀件耐蚀性、耐磨性的各种方法等。实验证明,双层镀是提高镀件耐蚀性最有效的措施。而加入合金元素(多元化学镀)则能明显地提高硬度和耐磨性。
Electroless nickel plating is a chemical reaction in which metal atoms are deposited by self-catalysis at surface of the metal. Because of its remarkable characteristics superior to those of electroplating, and excellent properties of plating coating, electroless nickel plating has been widely applied to many fields including computer and micro-electron industries, petroleum and chemical industries, machinery and automobile industries, foods, die and mould, aviation and aerospace industries. The technological characteristics of electroless nickel plating are found out by the experiments of acidic electroless plating, alkaline electroless nickel plating and electroless multi-components plating, various characteristics of experiment samples are tested, and its results are analyzed theoretically. The results are as follows.
①Acidic plating coating contains high content of phosphorus, its plating temperature is also high. The structure of coating, called mixed crystal, is mixture of amorphous and micro-grains. The corrosion resistance of Ni-P coating is very good, as a result, it is corroded only a little in diluted acid, diluted alkali, salt and air. The hardness of Ni-P coating is up to the value of 1000HV after heat treatment, and its abrasion resistance is also excellent and force combining with base is quite firm.
②The content of phosphorus in alkaline coating is low, and plating temperature is also low. The structure of the coating is similar to micro-grain. its corrosion resistance is worse than that of acidic coating. Alkaline electroless plating may be prepared at lower temperature, so plastics can be plated with Ni-P coating by alkaline electroless plating.
③Electroless multi-components plating represents the tendency of Electroless nickel plating. The corrosion resistance of Ni-Cu-P coating is the best, even its corrosion resistance is more excellent than that of stainless steel in some acid. In addition, solderability of Cu-Ni-P coating is good, so it is widely applied to many fields including printed circuit boards, hard disks of computer, and cases of electronic component at space telescope, etc.
④Treatment after plating. After electroless plating the coating can be treated in heat treatment and passivating treatment. Passivation may improve the corrosion resistance of plating work-pieces in some corrosive medium. Heat treatment not only removes stress within coating but also forms oxidizing film at the surface of work-pieces, so corrosion resistance in air may be greatly improved. In addition, heat treatment may greatly improve the hardness of the coating and abrasion resistance. Therefore, the electroless plating is widely applied to many fields including reparation of worn workpieces, plastic die and mould, gear, gear-shafts, and ball cores of valves in petroleum, etc.
Besides, the influence of components of plating solution on the technology of electroless plating and the effect of the technical parameters on the content of phosphorus within coating are discussed in this paper. How to improve corrosion resistance and abrasion resistance is also discussed in this paper. The experiment suggests that plating double-coating can most effectively improving corrosion resistance and adding alloy elements to coating may greatly improve hardness and abrasion resistance of the coating.
引文
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