代替镀硬铬电镀层的研究现状
汪笑鹤,徐滨士,胡振峰
(装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京100072)
慧聪表面处理网：摘要 传统镀硬铬技术存在环境污染问题及镀铬层的性能缺陷。电沉积合金及其复合镀是比较有前途的代硬铬工艺。本文综述了近年来代替镀硬铬电镀层的研究进展。重点探讨了非晶电镀、复合电镀和合金电镀代替硬铬电镀层的研究现状,结果显示以上镀层无论在使用性能还是在环境保护方面均优于硬铬镀层。
关键词：电镀;代铬镀层;合金镀层;复合镀层
镀硬铬也称耐磨铬,镀铬层具有高硬度和低摩擦因数的特点,机械零部件镀硬铬后可以提高其抗磨损能力,延长使用寿命[1]。但电镀硬铬工艺会导致严重的环境污染,如:镀铬工艺使用的铬酸溶液,会产生含铬酸雾和废水,而且还有其他一些缺点:硬度随温度的升高降低;镀层中存在微裂纹;电镀沉积速度慢等。合金镀层与组成他的单金属镀层相比,合金镀层有可能更平整、光亮、结晶细致。合金镀层中组分及比例选择合适,则该合金镀层就有可能比组成他们的单金属镀层更耐磨和抗腐蚀。非晶态材料是近20年来快速发展的一种新材料,因其薄膜镀层具有优良的高耐蚀性、高机械强度等特点,受到人们的广泛关注。复合镀层是一种金属基的复合材料,由于固体微粒的嵌入,使原有的薄膜性能发生显著变化,从而扩展了它在不同领域的应用[2]。开发优良的合金镀层、非晶镀层和复合镀层可以替代硬铬镀层。
1 电沉积二元合金
1.1 Ni-W
Ni-W合金镀层中W的含量(质量分数)超过44%时,能获得非晶态镀层。得到的Ni-W合金具有较高的熔点与硬度,较好的耐热性、耐磨性和耐蚀性,可以作为替代铬镀层。镀层中W含量随着镀液中W的含量的提高而提高,最后趋于一定值;镀液温度对镀层的结构有显著影响,温度高于50℃,才能获得非晶镀层;电流密度高,也对形成非晶镀层有利;pH对镀层结构有显著影响,pH=5~7时,可获得非晶镀层,PH<4或PH>8,只能得到晶态镀层;Ni-W非晶镀层具有较好的热稳定性,在400℃以下可保持非晶态结构。加入2-丁炔-1,4-二醇时,能得到完整且光亮的Ni-W镀层,但是2-丁炔-1,4-二醇能减少镀层中W的含量并且影响电流密度和电流效率。2-丁炔-1,4-二醇的加入有利于反应的进行从而降低电流效率[3]。
研究钢基体上的Ni-16%W在700℃和800℃的氧化过程,在氧化之前,镀层是由过饱和W、Fe、Mo、Si等元素和晶格常数为3.782的纳米Ni颗粒组成。在氧化过程中,随着氧元素的扩散,在最外层NiO层次内部为(NiO+NWiO4)的混合物,在氧化层的下面还是由过饱和(W,Fe,O)和Ni的晶粒组成,基层的上面由富Fe的Ni-W-Fe沉积物组成。影响氧化的因素有Ni2+、O2-、基层中元素的扩散,Ni-Fe-W相的形态和Ni的纳米晶程度[4]。由于基体的结构与性质不同,其上的Ni-W非晶态镀层中的成分、形貌、耐蚀性也不相同,其中Ni基合金和不锈钢基体上的Ni-W非晶态镀层具有良好的表面特性和耐蚀性,而A3钢基体上的镀层则存在大量的裂纹,防护性较差。
