1 引言化学镀黑镍是在Ｎｉ Ｐ合金化学镀的基础上对其镀层进一步处理而得到耐磨耐蚀黑亮镀层的表面工艺。作为一种新型的具有功能性和装饰性的金属材料表面处理技术 ,在仪表、照相机、光学仪器等轻工产品的生产应用中显示了相当的优越性。Ｎｉ Ｐ合金化学镀通过化学试剂的化学还原作用将溶液中的镍、磷离子还原析出在工件的表面上 ,从而在金属表面上获得Ｎｉ Ｐ合金镀层。Ｎｉ Ｐ合金镀层具有优良的耐磨性和耐蚀性 ,发黑处理后可得到耐磨耐蚀的黑亮表面<1,2 > 。2 化学镀黑镍工艺及其特点2 1 Ｎｉ Ｐ合金化学镀黑镍工艺Ｎｉ Ｐ合金化学镀黑镍工艺流程如下 :金属表面预处理—Ｎｉ Ｐ合金化学镀—清洗—表面发黑处理—清洗、干燥和涂油。金属表面预处理 :①金属表面碱液化学除油 ;②金属表面酸洗除锈 ;③金属表面冲洗 ;④金属表面活化。Ｎｉ Ｐ合金化学镀的镀液配方为 :硫酸 2 0ｇ/Ｌ ,次亚磷酸钠2 0ｇ/Ｌ ,乙酸钠 10 ｇ/Ｌ ,添加剂 2 5 ｇ/Ｌ。其 ｐＨ值为 4 5 ,工作温度为 (90± 2 )℃。将经过Ｎｉ Ｐ合金化学镀的工件放入发黑液中发黑处理。发黑液的组分为 4ｇ/Ｌ硫酸 + 10ｇ/Ｌ高锰酸钾 ,其工作温度为(80± 2 )℃。2 2 化学镀黑镍的工艺特点①化学镀黑镍工艺施镀温度 :Ｎｉ Ｐ合金化学镀工艺施镀温度在 10 0℃以下。温度过高 ,沉积速度加快 ,但是增加了沉积液自分解的危险 ;温度过低 ,则沉积速度减慢 ,延长沉积槽工作时间 ,不利于沉积液稳定。适合的工作温度在 88～ 92℃之间。发黑处理温度一般控制在 (80± 2 )℃。②化学镀黑镍工艺的仿型性 :化学镀工艺可以对任何形状的工件施镀 ,而且镀层厚度均匀 ,尤其可以对深孔、管件和缝隙等不容易电镀的地方施镀 ,无电镀的边角效应及厚度不均匀等问题。因为Ｎｉ Ｐ合金化学镀层均匀 ,可保持原工件的表面粗糙度。镀层具有可抛光性 ,可通过抛光改善工件的表面粗糙度。发黑处理后可得到良好色泽的装饰性表面。③化学镀黑镍工艺的无污染性 :化学镀黑镍镀液不含第一类污染物 ,且镀液可反复回收使用 ,因而基本上不对环境造成污染 ,且施镀设备简单 ,操作方便。3 化学镀黑镍镀层的性能3 1 化学镀黑镍镀层的耐蚀性当 >7%Ｐ时 ,化学镀黑镍镀层为无定型非晶态 (玻璃态 ) <3> 。由于非晶态结构无晶界与相界、内应力低、非晶态的钝化性以及镀层表面的氧化处理 ,使化学镀黑镍镀层的耐腐蚀性能在许多环境下优于纯镍及同样厚度的电镀铬层<4 > 。比如 ,2 0℃ ,在 1%ＨＮＯ3 溶液中的腐蚀速度为 0 0 2 5ｍｍ/年 ,在5 %ＨＣｌ溶液中的腐蚀速度为 0 0 2 4ｍｍ/年。3 2 化学镀黑镍镀层的力学性能化学镀黑镍工件可在镀态和热处理态使用 ,镀态的表面硬度为 5 0 0～ 6 0 0ＨＶ0 1,热处理态 (4 0 0℃时效 )的表面硬度为 110 0～ 12 0 0ＨＶ0 1。化学镀黑镍镀层的镀态硬度与许多硬化合物的硬度相当 ,其热处理后的硬度比镀铬的硬度高、耐磨性好。热处理后由于Ｐ析出并弥散分布 ,硬度较镀态显著提高。在相同的基体材料和工作条件下 ,化学镀黑镍镀层的硬度及耐磨性均高于其它的金属表面处理工艺得到的硬度及耐磨性 ,不同表面处理工艺与化学镀黑镍工艺所得硬度及耐磨性如表 1所示。因此化学镀黑镍工艺可以代替如渗碳 +淬火+低温回火、高频淬火 +低温回火、低温氮碳共渗 (软氮化 )等表面处理工艺表 1 高频淬火、低温氮碳共渗、化学镀黑镍硬度及耐磨性比较Ｔａｂｌｅ 1 Ｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｓｔ ｅｅｌｓａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ钢号处理状态表面硬度失重/ｍｇ1ｈ 2ｈ 3ｈ 4ｈ2Ｃｒ1 3 高频淬火 +低温回火 40～ 50ＨＲＣ 0 3 0 71 2 1 745 调质处理 +氮碳共渗 772ＨＶ0 1 0 0 0 0 0 0 0 14 5 化学镀黑镍40 0℃时效1 0 0 0～1 1 0 0ＨＶ0 1 0 0 0 0 0 0 0 03 3 化学镀黑镍镀层与基体的结合力与电镀相比 ,化学镀黑镍镀层具有较好的强韧性且与机体结合良好。抛光平整后在试样的表面及剖面处分别打显微硬度。试验结果表明 :压痕规整、无任何碎裂现象 ,边角整齐脆性等级为一级 ,锉刀试验未出现镀层剥落 ,说明化学镀黑镍镀层不但有较高的韧性且与机体结合良好。化学镀黑镍镀层经热处理后 ,镀层与基体的金属原子发生扩散 ,其结合方式由镀态的化合层结合经扩散逐步向原子间的金属键过渡 ,镀层的结合力和性能明显提高<5> 。4 化学镀黑镍工艺的应用(1)增加工件表面的耐蚀性 ,代替电镀工艺 :化学镀黑镍镀层具有优良的耐蚀性能 ,零件或结构施镀后镀层对基体具有良好的保护作用并有一定的光学效果和装饰作用。与电镀相比 ,化学镀黑镍无电镀的边角效应 ,仿型性好 ,无污染及低成本。有些通常用不锈钢制造的耐蚀零件可用普通碳钢制造 ,然后以化学镀黑镍施镀 ,降低了材料和加工制造成本 ,同时保证了工件优良的耐蚀性能和装饰性。(2 )增加工件表面硬度、耐磨性 ,代替其它的金属表面处理工艺 :用化学镀黑镍工艺来代替精度要求高的零件的表面热处理效果尤为显著。对于一般的表面热处理如渗碳由于处理温度较高 ,零件有很大的变形 ,不宜用来处理精度要求高的零件。即使如高频淬火或氮碳共渗 ,零件也有一定的变形 ,会影响零件的精度。而化学镀黑镍工艺由于处理温度低 ,不引起零件的变形 ,因而对精密零件增加表面硬度、耐磨性和耐蚀性的处理非常适用。化学镀黑镍后的时效热处理温度不超过 40 0℃。一般来说 ,对于只要求耐蚀性和装饰性的零件不需热处理或只进行温度为 10 0℃～ 2 0 0℃时效处理 ;要求镀层具有耐蚀性并且具有高硬度和高韧性时 ,热处理温度可选在 30 0℃～ 40 0℃。热处理可促使镀层与基体的金属原子发生扩散 ,其结合方式由镀态的化合层结合经扩散逐步向原子间的金属键过渡 ,镀层的结合力提高和强硬性能明显提高。施镀和镀后的热处理不影响基体材料的强韧性水平 ,零件变形很小。化学镀黑镍与电镀相比省电 ,省去了变压、整流设备。另外由于化学镀黑镍工艺无电镀的边角效应 ,施镀时仿型性好 ,对于诸如手表零件等细小零件的处理也有独到的功效化学镀黑镍工艺特点和镀膜性能及其应用@高进$山东轻工业学院机电工程系!山东济南250100
@孙金厂$济南锅炉集团有限公司!山东济南250023化学镀;;黑镍;;耐磨性;;耐蚀性; ;装饰性介绍了化学镀黑镍工艺及其镀膜性能。试验表明化学镀黑镍可以增加材料表面硬度、耐磨性和耐蚀性,并具有良好的装饰性能和工艺性能<1 > 盖 布 .金属表面热处理与防护原理
.北京 :机械工业出版社 ,1 986 :65 .
<2 > DinnisandSuch .Nickelandchoromium plating .Newnes But terworths,1 972 :32 .
<3> 钱苗根 .材料表面技术及其应用手册 .北京 :机械工业出版社 ,1 996 :1 98.
<4> 曾华梁 ,等 .电镀工艺手册 .北京 :机械工业出版社 ,1 999:544 .
<5> 卢燕平 ,于福洲 .渗镀 .北京 :机械工业出版社 ,1 985 :1 8.面热处理如渗碳由于处理温度较高 ,零件有很大的变形 ,不宜用来处理精度要求高的零件。即使如高频淬火或氮碳共渗 ,零件也有一定的变形 ,会影响零件的精度。而化学镀黑镍工艺由于处理温度低 ,不引起零件的变形 ,因而对精密零件增加表面硬度、耐磨性和耐蚀性的处理非常适用。化学镀黑镍后的时效热处理温度不超过 40 0℃。一般来说 ,对于只要求耐蚀性和装饰性的零件不需热处理或只进行温度为 10 0℃～ 2 0 0℃时效处理 ;要求镀层具有耐蚀性并且具有高硬度和高韧性时 ,热处理温度可选在 30 0℃～ 40 0℃。热处理可促使镀层与基体的金属原子发生扩散 ,其结合方式由镀态的化合层结合经扩散逐步向原子间的金属键过渡 ,镀层的结合力提高和强硬性能明显提高。施镀和镀后的热处理不影响基体材料的强韧性水平 ,零件变形很小。化学镀黑镍与电镀相比省电 ,省去了变压、整流设备。另外由于化学镀黑镍工艺无电镀的边角效应 ,施镀时仿型性好 ,对于诸如手表零件等细小零件的处理也有独到的功效化学镀黑镍工艺特点和镀膜性能及其应用@高进$山东轻工业学院机电工程系!山东济南250100
@孙金厂$济南锅炉集团有限公司!山东济南250023化学镀;;黑镍;;耐磨性;;耐蚀性; ;装饰性介绍了化学镀黑镍工艺及其镀膜性能。试验表明化学镀黑镍可以增加材料表面硬度、耐磨性和耐蚀性,并具有良好的装饰性能和工艺性能<1 > 盖 布 .金属表面热处理与防护原理 .北京 :机械工业出版社 ,1 986 :65 .
<2 > DinnisandSuch .Nickelandchoromium plating .Newnes But terworths,1 972 :32 .
<3> 钱苗根 .材料表面技术及其应用手册 .北京 :机械工业出版社 ,1 996 :1 98.
<4> 曾华梁 ,等 .电镀工艺手册 .北京 :机械工业出版社 ,1 999:544 .
<5> 卢燕平 ,于福洲 .渗镀
More abstracts about the 化学镀黑镍工艺特点和镀膜性能及其应用