Ni-P化学镀层钝化处理工艺研究

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化学镀Ni-P镀层可有效地提高金属的耐蚀性，然而，化学镀镀层除均匀的非晶相外，存在着P的偏析以及微晶相，结果造成镀层的孔隙率不可避免，影响了镀层的使用性能。因此化学镀后钝化处理成为众多科研工作者研究的重点之一，铬酸盐钝化处理通过金属—界面上的化学反应，生成不溶性的还原产物如Cr₂O₃，从而达到很好的钝化孔隙效果。然而铬酸盐钝化处理效果受钝化剂配方以及钝化工艺的影响，因而选择最佳的钝化工艺尤为重要。本研究采用正交设计方法对钝化剂配方以及钝化工艺进行了优化设计。 D" b. }4 ]6 d) v+ P" p

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1  试验方法 5 H' T& l0 ^; _ d( v- `! b4 s9 Y

    本研究选用45#钢，试样尺寸为Φ16×10mm，首先依次采用牌号为200、400、600、800、1200、1500以及金相砂纸进行细磨，最后在抛光机上抛光，使工件表面无划痕，达到光亮效果。

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    施镀处理工艺流程如图1示。活化处理采用10％的HCl溶液，在室温下活化40～60s。采用的化学镀镍配方为：硫酸镍20g/L＋次亚磷酸钠30g/L＋硫酸铵30g/L＋醋酸钠30g/L＋醋酸铅1mg/L；施镀的工艺为：超声波下施镀，功率40W，温度65℃、施镀时间40min、超声波功率40W、pH=7用氨水调节。 / X# k) ~! w( v: S0 w! g% L

    钝化处理液采用重铬酸钾＋铝酸铵＋氯化钾＋氢氧化钠＋氟化钠，分别对钝化剂配方和钝化工艺(温度、时间、pH)采用正交试验设计，得出最佳的试验方法。孔隙率的测定按照GB/T 13913-92的要求，即滤纸贴置法，(可参阅化学镀书籍有孔隙率公式表示)以单位面积上蓝点的数量(个/cm²)表示。中性盐雾实验检查钝化前后试样的耐蚀性。测试溶液成分为质量分数为5％的NaCl溶液，pH值为7.0±0.2，试验温度：(35±2)℃，每天连续喷雾8小时，停止喷雾16小时，24小时为一个周期。在停止喷雾时间内不能加热，关闭盐雾箱，自然冷却。试样在试验结束后，小心地用冷水洗净表面盐沉积物，等干燥后检查表面上是否有腐蚀发生，直至发现腐蚀点为止。 : c. w P" f/ t3 R# `: j1 ?8 J

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2  试验结果及分析

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    铬酸盐钝化剂的主要组成物为重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)，此外还有加速剂、强化剂以及调节pH的成分。本次试验选取氯化钾和氟化钠为加速剂，钼酸铵和次磷酸钠为强化剂，用氢氧化钠调节pH值。其中重铬酸钾和氯化钾的作用机理很明确，但钼酸铵、次磷酸钠和氟化钠的作用机理比较复杂，可能单独起作用，也可能相互作用；可能相互促进，也可能互相制约。

    表4为钝化剂配方正交设计表，7号试验条件下试样耐中性盐雾腐蚀时间较长，为96小时，试验条件为A₃B₁C₃。根据极差值的大小，可知配方中钼酸铵对试验指标影响最大，取三水平效果最好：反应时次磷酸钠的作用次之，取一水平最好；氟化钠的影响最小，从计算结果来看，取三水平效果最好，所以最佳的钝化剂配方为：重铬酸钾20/L＋铝酸铵4g/L＋氯化钾6g/L＋氢氧化钠6g/L＋氟化钠2g/L。图3为钝化试样与未钝化试样对比。

    表5为钝化剂工艺正交设计表，经耐蚀性试验可知，9号试验条件下试样耐中性盐雾腐蚀时间较长，为128h，试验条件为A₃B₃C₃，如图4示。根据极差值的大小，可知钝化时溶液的pH值对试验指标影响最大，取二水平效果最好。反应时钝化剂的温度影响次之，取三水平最好，而钝化处理所需的时间影响最小，说明时间对试验指标影响不大，从计算结果来看，取三水平最好。但是，从工厂大批量生产的角度来说，为了缩短整个工艺所耗费的时间，降低成本，也可选一水平或二水平。因此，经综合分析得出最好的钝化工艺为A₃B₁C₂或A₃B₂C₂。

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    为了确定A₃8₁C₂和A₃8₂C₂两个工艺哪个钝化效果更好，在相同的前处理工艺条件下，再准备两个试样，分别采用A₃8₁C₂和A₃8₂C₂两个工艺对试样进行钝化处理。经中性盐雾试验后得出A₃B₁C₂条件下，耐中性盐雾腐蚀的时间为120小时。A₃8₂C₂条件下，耐中性盐雾腐蚀时间也达到128小时。从缩短工艺周期这个角度出发，最后确定A₃8₂C₂为最佳的钝化工艺。即：pH=6.5 t=20min T=75℃，图5为试样钝化前后孔隙率试纸对比图。

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3  结论

    本文采用正交试验方法对化学镀镍后镀层钝化处理剂的配方和工艺进行优化，得出最佳的钝化剂配方为：重铬酸钾20g/L＋钼酸铵4g/L＋氯化钾6g/L＋氢氧化钠6g/L＋氟化钠2g/L；最佳的钝化工艺为：pH=6.5 t=20min T=75℃用上述的钝化配方和工艺处理的试样，表面孔隙率为零，耐中性盐雾耐蚀的时间能达到100h以上，取得了试验的预期目标。

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