化学复合镀层修复钢质零件的应用研究
目录
1 绪论 1
1. 1 化学镀镍的发展 1
1. 2 工业应用中的化学镀技术 2
1. 3 化学镀镍技术的发展前景 3
1. 4 本课题的研究目的及研究方法 3
2 实验部分 3
2. 1 主要实验器材及实验药品 4
2. 2 化学镀配方与工艺参数的选择 5
2. 3 试验步骤 6
2.4 镍磷化学镀对轴类零件的修复 9
2. 5检测方法 11
3 试验结果及数据处理 14
3. 1 磷含量对镀层硬度的影响 14
3. 2 磷含量对镀层耐磨性的影响 15
3.3 电机轴性能检测 17
3.4实验结果 17
结论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
钢制零件具有很多优异的性能，在许多的工业领域中得到应用。一般轴类零件就是用优质碳素钢制成，轴零件常因为外界载荷引起的接触应力、磨损、外界条件引起的腐蚀等而损坏。由于化学镀是在不外加电流的情况下，利用还原剂在活化零件表面上自催化还原沉积得到镀层。所以化学复合镀层对钢质零件的修复能显著提高零件的均镀性。化学镀镍技术有着广泛的应用前景。概括讲主要体现在以下四个方面：一是对已使用过的零部件和制造中超差的零件进行修复，二是对新制零部件进行技术维护，三是改善零部件表面的物理化学性能，例如防腐耐磨性，四是修补划痕。化学镀镍技术可以通过控制镀层中P的含量来改变镀层耐磨性能，p含量不同的镀层已成为近年来研究的热点，世界各国都在研究合适的配方，其中还原剂、主盐、pH值、络合剂等的不同都会对镀层中P的含量产生影响。
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1 化学镀镍的发展
1.1.1 初期的化学镀
1844年，A. Wurtz发现Ni在溶液中可以被次磷酸盐还原， 在1947年A. Brenner和G. Riddell发现了使非粉末状镍还原的方法，搞懂了镀层的形成原理。至今，化学镀的发展时间并不长，随后，第二次世界大战后，化学镀开始应用于工业，1955年美国通用运输公司开始生产化学镀镍溶液，该溶液 被称为“Kangigen”。此工艺得到8 %~10 %含磷量的镍磷合金镀层，适用于大的槽容量操作，开始用于生产核工厂的贮槽和槽车内衬，后用于航天、食品、化工、钢铁等行业[1]。
1.1.2 化学镀的进一步发展
在20世纪70年代，化学镀差不多是以15％的速度增长镀槽。到了80年代，化学镀的工艺有所改善，解决了之前镀液存在的一些问题据，像镀液的稳定性等，化学镀开始了大规模的生产和应用。据估计，80年代中期化学镀镍的年产量为1500t，按厚度为25?计，面积达到7.5×106m2。其中美国占40%，远东地区占20%，其余为南非和南美洲。在美国大约有900个化学镀镍的工厂，其中40%加工本厂的产品，总产值约有2亿美元。化学镀镍在计算机和电子行业的应用份额最大，在美国约占化学镀镍总产值的20%，另外，阀门制造占15%，飞机和汽车制造占10%[2]。
1.1.3 化学镀的分类
化学镀早期只有P含量5%～8%（wt）的中磷镀层，80年代初出现了P%（wt）为9～12的高磷镀层，使化学镀镍向前迈进一步。80年代末到90年代初出现了低磷镀层，其P含量为1%～4%（wt）。近几年来，低磷镀层工艺逐渐受到重视。首先它与高磷和中磷相比具有一些优点，其次它可以代替镍硼合金。低磷合金的硬度很高，可达HV800，经热处理（400℃）1h后，能够达到HV1000。这与高硼镍合金的耐磨性和硬度很相似。在镀层应力方面，中低磷镀层在应用上具有优势，不管是在镀液的使用过程中还是在一定周期后，中低磷镀层的应力并不会出现明显变化。含P不同的镀层物理化学性质是不同的。60~70年代研究人员主要研究改善镀液性能，而不是镀层性能。因为使用重金属离子的原因，化学镀的废液会对环境产生污染，所以采用新型有机络合剂，还可以改善镀层质量。
1. 2 工业应用中的化学镀技术
据报道，在各个行业中化学镀的应用比例如下：航空航天工业：9%，汽车工业：5%，电子计算机工业：15%，食品工业：5%，机械工业：15%，核工业：2%，石油化工：10%，塑料工业：5%，电力输送：3%，印刷工业：3%，泵制造业：5%，阀门制造业：17%，其他：6%。世界工业化国家的化学镀镍的应用经历了80年代空前的发展，平均年净增速度高达10%～15%[3]。化学镀镍还将会继续发展，并一直到技术成熟。
根据近年来电渗析技术的发展，可以在确保镀层质量的基础上延长化学镀镍溶液的的寿命。法国Socatri公司已有规模尺寸达7m×6.7m×9m的镀槽的，单槽容量达40×104L。以MacDermid公司的Elnic为例，它包括Elnic110，104，105， 101，121TF等多种镀液，分别满足可焊、装饰、导电、耐磨、耐蚀等不同需要，其中Elnic110被英国，意大利，德国，西班牙，瑞士及北欧各国用于施镀3%～5%（质量）磷非常光亮的低磷镀层，镀速可达25～30μm/h，可与电镀光亮镍相竞争。美国也有82%的化学镀车间采用专利配方。
1. 3 化学镀镍技术的发展前景
化学镀的发展前景很受专家的看好。包括中国在内的东南亚和东亚这片区域，化学镀的应用正处于上升个阶段，预测仍将保持空前的高速度发展。据估计，化学镀镍的最大市场将在计算机硬盘上化学镀。在轻金属的防护方面化学镀的市场将有很大增长，在采矿，化工工业和油田行业上的应用保持稳定，而在汽车工业发展潜力很大[4]。关于用化学镀修复钢质零件的应用前景和经济效益是可观的。因为化学镀最常用的基材就是钢制零件，化学镀的应用提高了其耐磨性，硬度，耐蚀性等。化学镀可以改善钢铁的表面性质不需要担心不锈钢的加工不便，也减少了成本。
我们要理论联系实践，共同发展，我们不能望了加强与发达国家的技术交流，学习他们优秀的经验，这样我国的化学镀技术才会发展，才可能赶上西方发达国家。在表面处理方面，化学镀镍也有着重要应用。据说，21世纪化学镀镍这门表面处理技术仍将活跃。
1. 4 本课题的研究目的及研究方法
本研究旨在研究Ni-P复合镀层的形成机理与制备工艺条件。研究不同的配方、不同的工艺条件下镀层的沉积速度、镀层的硬度、耐磨性等，并重点研究其在修复钢质零件中的应用效果。然后对修复后的零件的性能进行检测，以确认修复效果。具体的研究步骤如下：
1. 阅读相关文献，了解化学镀镍的反应机理，为后续的配方设计与工艺做好准备。
2. 对采用不同的配方与工艺条件制得的镀层进行表面硬度、镀层成分等各项性能的检测，以镀层表面硬度，镀层沉积速度等性能指标为主要目标，对化学复合镀的配方与工艺条件进行优化
3. 在待修复零件表面施镀，然后检测镀件的各项性能，来确认修复效果。
2 实验部分
化学复合镀层能显著提高零件的耐磨性，尤其是对钢质零件的修复，所以化学镀镍技术有着广泛的应用前景。其主要体现在以下四个方面：一是改善零件表面的物化性能，如耐磨耐腐蚀性，二是对旧零件的修理，三是修补划痕，四是对新的零件进行改善。镍磷化学镀层具有很好的综合性能，修复后零件的耐磨性是一个重要考察因素，影响其耐磨性的主要性能指标有镀层硬度、结合力等。针对上述指标进行化学镀的配方与工艺条件优化。
1 绪论 1
1. 1 化学镀镍的发展 1
1. 2 工业应用中的化学镀技术 2
1. 3 化学镀镍技术的发展前景 3
1. 4 本课题的研究目的及研究方法 3
2 实验部分 3
2. 1 主要实验器材及实验药品 4
2. 2 化学镀配方与工艺参数的选择 5
2. 3 试验步骤 6
2.4 镍磷化学镀对轴类零件的修复 9
2. 5检测方法 11
3 试验结果及数据处理 14
3. 1 磷含量对镀层硬度的影响 14
3. 2 磷含量对镀层耐磨性的影响 15
3.3 电机轴性能检测 17
3.4实验结果 17
结论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
钢制零件具有很多优异的性能，在许多的工业领域中得到应用。一般轴类零件就是用优质碳素钢制成，轴零件常因为外界载荷引起的接触应力、磨损、外界条件引起的腐蚀等而损坏。由于化学镀是在不外加电流的情况下，利用还原剂在活化零件表面上自催化还原沉积得到镀层。所以化学复合镀层对钢质零件的修复能显著提高零件的均镀性。化学镀镍技术有着广泛的应用前景。概括讲主要体现在以下四个方面：一是对已使用过的零部件和制造中超差的零件进行修复，二是对新制零部件进行技术维护，三是改善零部件表面的物理化学性能，例如防腐耐磨性，四是修补划痕。化学镀镍技术可以通过控制镀层中P的含量来改变镀层耐磨性能，p含量不同的镀层已成为近年来研究的热点，世界各国都在研究合适的配方，其中还原剂、主盐、pH值、络合剂等的不同都会对镀层中P的含量产生影响。
1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
1 化学镀镍的发展
1.1.1 初期的化学镀
1844年，A. Wurtz发现Ni在溶液中可以被次磷酸盐还原， 在1947年A. Brenner和G. Riddell发现了使非粉末状镍还原的方法，搞懂了镀层的形成原理。至今，化学镀的发展时间并不长，随后，第二次世界大战后，化学镀开始应用于工业，1955年美国通用运输公司开始生产化学镀镍溶液，该溶液 被称为“Kangigen”。此工艺得到8 %~10 %含磷量的镍磷合金镀层，适用于大的槽容量操作，开始用于生产核工厂的贮槽和槽车内衬，后用于航天、食品、化工、钢铁等行业[1]。
1.1.2 化学镀的进一步发展
在20世纪70年代，化学镀差不多是以15％的速度增长镀槽。到了80年代，化学镀的工艺有所改善，解决了之前镀液存在的一些问题据，像镀液的稳定性等，化学镀开始了大规模的生产和应用。据估计，80年代中期化学镀镍的年产量为1500t，按厚度为25?计，面积达到7.5×106m2。其中美国占40%，远东地区占20%，其余为南非和南美洲。在美国大约有900个化学镀镍的工厂，其中40%加工本厂的产品，总产值约有2亿美元。化学镀镍在计算机和电子行业的应用份额最大，在美国约占化学镀镍总产值的20%，另外，阀门制造占15%，飞机和汽车制造占10%[2]。
1.1.3 化学镀的分类
化学镀早期只有P含量5%～8%（wt）的中磷镀层，80年代初出现了P%（wt）为9～12的高磷镀层，使化学镀镍向前迈进一步。80年代末到90年代初出现了低磷镀层，其P含量为1%～4%（wt）。近几年来，低磷镀层工艺逐渐受到重视。首先它与高磷和中磷相比具有一些优点，其次它可以代替镍硼合金。低磷合金的硬度很高，可达HV800，经热处理（400℃）1h后，能够达到HV1000。这与高硼镍合金的耐磨性和硬度很相似。在镀层应力方面，中低磷镀层在应用上具有优势，不管是在镀液的使用过程中还是在一定周期后，中低磷镀层的应力并不会出现明显变化。含P不同的镀层物理化学性质是不同的。60~70年代研究人员主要研究改善镀液性能，而不是镀层性能。因为使用重金属离子的原因，化学镀的废液会对环境产生污染，所以采用新型有机络合剂，还可以改善镀层质量。
1. 2 工业应用中的化学镀技术
据报道，在各个行业中化学镀的应用比例如下：航空航天工业：9%，汽车工业：5%，电子计算机工业：15%，食品工业：5%，机械工业：15%，核工业：2%，石油化工：10%，塑料工业：5%，电力输送：3%，印刷工业：3%，泵制造业：5%，阀门制造业：17%，其他：6%。世界工业化国家的化学镀镍的应用经历了80年代空前的发展，平均年净增速度高达10%～15%[3]。化学镀镍还将会继续发展，并一直到技术成熟。
根据近年来电渗析技术的发展，可以在确保镀层质量的基础上延长化学镀镍溶液的的寿命。法国Socatri公司已有规模尺寸达7m×6.7m×9m的镀槽的，单槽容量达40×104L。以MacDermid公司的Elnic为例，它包括Elnic110，104，105， 101，121TF等多种镀液，分别满足可焊、装饰、导电、耐磨、耐蚀等不同需要，其中Elnic110被英国，意大利，德国，西班牙，瑞士及北欧各国用于施镀3%～5%（质量）磷非常光亮的低磷镀层，镀速可达25～30μm/h，可与电镀光亮镍相竞争。美国也有82%的化学镀车间采用专利配方。
1. 3 化学镀镍技术的发展前景
化学镀的发展前景很受专家的看好。包括中国在内的东南亚和东亚这片区域，化学镀的应用正处于上升个阶段，预测仍将保持空前的高速度发展。据估计，化学镀镍的最大市场将在计算机硬盘上化学镀。在轻金属的防护方面化学镀的市场将有很大增长，在采矿，化工工业和油田行业上的应用保持稳定，而在汽车工业发展潜力很大[4]。关于用化学镀修复钢质零件的应用前景和经济效益是可观的。因为化学镀最常用的基材就是钢制零件，化学镀的应用提高了其耐磨性，硬度，耐蚀性等。化学镀可以改善钢铁的表面性质不需要担心不锈钢的加工不便，也减少了成本。
我们要理论联系实践，共同发展，我们不能望了加强与发达国家的技术交流，学习他们优秀的经验，这样我国的化学镀技术才会发展，才可能赶上西方发达国家。在表面处理方面，化学镀镍也有着重要应用。据说，21世纪化学镀镍这门表面处理技术仍将活跃。
1. 4 本课题的研究目的及研究方法
本研究旨在研究Ni-P复合镀层的形成机理与制备工艺条件。研究不同的配方、不同的工艺条件下镀层的沉积速度、镀层的硬度、耐磨性等，并重点研究其在修复钢质零件中的应用效果。然后对修复后的零件的性能进行检测，以确认修复效果。具体的研究步骤如下：
1. 阅读相关文献，了解化学镀镍的反应机理，为后续的配方设计与工艺做好准备。
2. 对采用不同的配方与工艺条件制得的镀层进行表面硬度、镀层成分等各项性能的检测，以镀层表面硬度，镀层沉积速度等性能指标为主要目标，对化学复合镀的配方与工艺条件进行优化
3. 在待修复零件表面施镀，然后检测镀件的各项性能，来确认修复效果。
2 实验部分
化学复合镀层能显著提高零件的耐磨性，尤其是对钢质零件的修复，所以化学镀镍技术有着广泛的应用前景。其主要体现在以下四个方面：一是改善零件表面的物化性能，如耐磨耐腐蚀性，二是对旧零件的修理，三是修补划痕，四是对新的零件进行改善。镍磷化学镀层具有很好的综合性能，修复后零件的耐磨性是一个重要考察因素，影响其耐磨性的主要性能指标有镀层硬度、结合力等。针对上述指标进行化学镀的配方与工艺条件优化。
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