涂層與化學(xué)鍍NiP用于鑄件表面處理的研究

1、涂層與化學(xué)鍍NiP用于鑄件外表處理的研究論文摘要：本文采用溶膠凝膠法先在鑄件外表涂覆一層TiO 薄膜，再對(duì)鑄件進(jìn)行化學(xué)鍍NiP處理。研究說(shuō)明，TiO 涂層可以有效減小鑄件外表的孔隙率，彌補(bǔ)了NiP鍍層直接覆蓋在鑄件外表易產(chǎn)生針孔的缺陷。與現(xiàn)有的鑄件外表處理方法相比，本工藝改善了鑄件的耐腐蝕性，而且較大地提高了沉積速率。在不增加過(guò)多本錢的情況下，還節(jié)約了能源。論文關(guān)鍵詞：薄膜,化學(xué)鍍,孔隙,沉積速率,耐腐蝕性引言隨著經(jīng)濟(jì)全球化，中國(guó)企業(yè)面臨巨大的商機(jī)，給我國(guó)制造業(yè)帶來(lái)了空前的開(kāi)展機(jī)遇。然而我國(guó)機(jī)械設(shè)備60%部件為鑄件，長(zhǎng)久以來(lái)對(duì)鑄件的處理都以鍍鋅為主，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。同時(shí)金屬銹蝕問(wèn)題也一

2、直困擾著制造業(yè)的產(chǎn)品加工、運(yùn)輸及儲(chǔ)存等。低毒的化學(xué)鍍NiP，鍍層厚度均勻，鍍層性能優(yōu)越，有較好的耐腐蝕性、耐磨性和較高的硬度，在石油化工、機(jī)械、電子等行業(yè)有較廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)鍍NiP為均勻的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，不存在晶界、位錯(cuò)、層錯(cuò)的缺陷，且基體結(jié)合致密,耐腐蝕性比電鍍鉻要好。但由于其沉積速率慢、鍍層薄，外表容易產(chǎn)生針孔等缺陷。假設(shè)鍍層存在與基體相通的孔隙時(shí)，腐蝕介質(zhì)滲人到鍍層孔隙與基體金屬接觸，鍍層將成為微孔電池的陰極，基體金屬那么構(gòu)成這種電池的陽(yáng)極而導(dǎo)致基體金屬加速腐蝕。TiO薄膜耐酸、耐堿，抗光腐蝕，為優(yōu)良的耐腐蝕材料。但TiO薄膜大多用于光催化材料以降解有機(jī)物，而用于鋼鐵耐腐蝕性能的研究較少。

3、本文在原有化學(xué)鍍NiP工藝的根底上增加了涂覆TiO薄膜的工序，形成的TiO薄膜有效填補(bǔ)了鑄件孔隙，有利于NiP鍍層與基體的完美結(jié)合，可提高耐腐蝕性和硬度。同時(shí)在進(jìn)行化學(xué)鍍的過(guò)程中，TiO表現(xiàn)出較高的催化性。1實(shí)驗(yàn)局部材料與儀器：鑄件樣件，鈦酸丁酯，化學(xué)純；冰醋酸，分析純；無(wú)水乙醇，分析純；丙酮，分析純；硫酸鎳，分析純；次亞磷酸鈉，分析純；醋酸鈉，分析純；乳酸，分析純；氨基乙酸，分析純；葡萄酸鈉，分析純；硫脲，分析純；蒸餾水；氨水，化學(xué)純；5%NaCL溶液；5%HCL溶液；10%HCL溶液恒溫磁力加熱攪拌器；RIM2.810A型馬弗爐；電熱鼓風(fēng)枯燥箱；TN100B型扭力天平精度0.01g；XJL

4、02A立式金相顯微鏡工藝流程：機(jī)械除銹化學(xué)除油水洗涂覆TiO薄膜枯燥化學(xué)鍍NiP水洗枯燥熱處理實(shí)驗(yàn)步驟：1.樣件預(yù)處理：先將樣件用砂輪打磨平整，用丙酮脫脂，蒸餾水清洗，最后放入乙醇中浸泡，備用。2.TiO溶膠的制備：在48ml的鈦酸丁酯中參加8ml的冰醋酸，混合均勻至不再放熱后，在劇烈的攪拌下慢慢參加250ml水。繼續(xù)攪拌3小時(shí)至水解完全后，參加2ml70%的硝酸，加熱到80繼續(xù)攪拌2小時(shí)，得到半透明的膠體溶液。3.TiO薄膜的制備：將預(yù)處理的樣件浸入所得的膠體中，浸漬30s后以約5mm/s的速度提拉；濕涂層在100條件熱處理5分鐘后重復(fù)浸漬5次。所得涂層需先在100枯燥箱中枯燥30分鐘，再放

5、入馬弗爐400內(nèi)烘烤1小時(shí)包括升溫時(shí)間，取出，在室溫下冷卻。最后得到涂有TiO薄膜的鑄鐵樣件。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1沉積速率的測(cè)定采用重量法，準(zhǔn)確測(cè)定試樣施鍍前后的重量，按以下公式計(jì)算沉積速率：式中、分別表示施鍍前后試樣的重量，密度取7.8g/cm,為試件外表積cm,為施鍍時(shí)間h。表1為不同工藝的沉積速率比照表，從表中可以看到先涂TiO薄膜再鍍NiP的工藝能顯著提高沉積速率。表1不同工藝的沉積速率比照Tab.1Thecontrastofthedepositionvelocityofdifferenttechniques 工藝 沉積速率/ 電鍍鋅 1523 化學(xué)鍍NiP 9.515 先涂TiO

6、薄膜再鍍NiP 2025 2.2耐腐蝕性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果比照及討論將普通化學(xué)鍍層和先經(jīng)TiO薄膜處理的化學(xué)鍍NiP試樣浸泡在不同的化學(xué)介質(zhì)中，測(cè)量其耐腐蝕性能。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2及圖1，可見(jiàn)在各種腐蝕液中經(jīng)TiO薄膜處理后的化學(xué)鍍層的耐腐蝕性均得到有效提高。表2浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2Theresultsofsoakingtests 腐蝕介質(zhì) 腐蝕速率/ 普通化學(xué)鍍層 先經(jīng)TiO 薄膜處理的化學(xué)鍍層 5%NaCL溶液 0.0385 0.0235 10%NaOH溶液 0.00534 0.00416 5%HCL溶液 0.1121 0.0957 10%HCL溶液 0.1670 0.1241 圖1兩種不同工藝鍍層

7、的耐腐蝕實(shí)驗(yàn)比照Fig.1Thecontrastbetweentwodifferentcraftcoatingsofresistanttocorrosionexperiment2.3外表形貌觀測(cè)將各種樣件用金相顯微鏡放大160倍觀察其外表結(jié)構(gòu)，獲得如下的圖像。圖2未經(jīng)任何處理的樣件圖3化學(xué)鍍NiP后的樣件圖2是未經(jīng)處理的樣件，圖3是化學(xué)鍍NiP后的樣件。由圖3可以看出化學(xué)鍍NiP對(duì)鑄件的外表處理不夠理想，對(duì)孔隙的填補(bǔ)很不充分。一旦腐蝕性物質(zhì)從孔隙滲人基體，將會(huì)加快基體的腐蝕，化學(xué)鍍NiP的防腐優(yōu)勢(shì)得不到發(fā)揮。圖4附著TiO薄膜的樣件圖5附著TiO薄膜的化學(xué)鍍NiP樣件Ni-PandTiOthi

8、nfilm圖4是附著薄膜的樣件外表形貌，圖5是附著TiO薄膜的化學(xué)鍍NiP樣件。由圖4可見(jiàn)附著薄膜的樣件外表已看不見(jiàn)孔隙，再經(jīng)化學(xué)鍍處理后，鑄件試樣外表十分致密，可以到達(dá)鋼件化學(xué)鍍的效果。由于TiO薄膜本身十分致密，硬度較高又有較強(qiáng)的防腐蝕性，鍍NiP后的硬度及防腐性可以到達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的十級(jí)。3結(jié)論本實(shí)驗(yàn)利用了TiO的致密性對(duì)鑄件進(jìn)行了外表超精細(xì)加工，填補(bǔ)了基體外表的孔隙，再配合進(jìn)一步的化學(xué)鍍NiP，處理效果良好，甚至超過(guò)鍍鋅在處理鑄件方面的優(yōu)勢(shì)。改良后的工藝僅在原有化學(xué)鍍NiP流程中添加一道TiO涂層工序，操作簡(jiǎn)單易行，不僅有利于鍍鎳技術(shù)改良，還有利于鍍鋅鍍鉻廠家利用原有設(shè)備進(jìn)行工藝轉(zhuǎn)型。另外在實(shí)驗(yàn)中，TiO在加大沉積速率方面所起的作用，完全不同于在降解有機(jī)物方