Ni-W-B镀层的制备和性能研究

Ni-W-B镀层的制备和性能研究

张能侠燕奔

陕西龙门钢铁有限责任公司陕西韩城715405

摘要：本文通过化学镀的方法在45#钢表面制得了Ni-W-B镀层，确定了基体预处理方法及最佳镀液配方。利用金相显微镜和XRD对镀层的微观形貌和组织结构进行了分析。同时研究了钨酸钠含量对镀层耐蚀性及抗氧化性的影响；

结果表明：所制备Ni-W-B镀层分布均匀、组织致密，无孔隙和裂纹等缺陷，且界面结合良好，厚度约为20μm。镀层的耐蚀性及抗氧化性能与钨酸钠含量有关，当钨酸钠含量为20g/L时其耐蚀性、抗氧化性最好。热处理可显著提高Ni-W-B镀层的硬度及耐磨性能，经过400℃热处理，Ni-W-B及其复合镀层具有最好的硬度及耐磨性。

关键词：化学镀；Ni-W-B；耐蚀性；高温抗氧化性；热处理

绪论

化学镀是指在无外加电流的状态下，利用一种合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原并沉积在基体表面上的化学还原过程。或者说，化学镀是将零件浸入到溶液中在催化剂的作用下在表面发生的金属的沉积，是一个在界面上发生的催化沉积的过程[3-5]。因此和电镀不同，化学镀过程不需要整流电源和阳极。金属沉积仅在零件表面上进行，电子是通过溶解于溶液中的化学还原剂提供的。

化学镀的工艺要求

获得优质的化学镀层应该具备如下条件：

（1）化学镀液中还原剂的电极电位要显著低于欲沉积金属的电极电位。

（2）化学镀溶液要有足够的稳定性和使用寿命。

（3）基体表面对化学镀反应有良好的催化活性和自催化活性。

（4）反应物的积累不会妨碍化学镀的正常进行。

（5）具有调控沉积速度、镀液pH值、镀液组成和镀层质量的手段或措施。

实验

化学镀Ni-W-B

在查阅资料的基础上[6-8]，结合实验室所提供的药品，经过反复试验和对试验结果分析，得出了如下镀液配方，见下表

在配置镀液过程中，注意药品混合次序。硼氢化钠可与氯化镍剧烈反应生成黑色物质，所以氯化镍先于乙二胺混合生成一种络合物；而硼氢化钠只能在碱性环境中存在，因而硼氢化钠、氢氧化钠和添加剂I混合溶解后再与氯化镍与乙二胺的混合液混合。

不同Na2WO4含量的Ni-W-B镀层在650℃保温2h的高温氧化数据如表1所示，可以看出，随着Na2WO4含量的增加，镀层的氧化速率先降低，当Na2WO4浓度为20g/L时氧化速率达到最低值，然后随着Na2WO4含量的增加，其氧化速率开始增加。即镀层的抗氧化性能随着Na2WO4含量的增加先增大后减小，当Na2WO4浓度为20g/L时其抗氧化性能最好。由于W的加入能显著提高镀层的高温稳定性，在氧化过程中W元素易氧化形成致密和稳定的氧化膜，从而阻止了镀层与氧的进一步接触，因而Ni-W-B镀层的高温抗氧化性优于Ni-B镀层。同时，当镀液中Na2WO4添加量超过一定限度时，镀层逐渐呈现出晶态，其氧化速率增大，高温抗氧化性能降低。

四、热处理对镀层显微硬度的影响

表2给出了Ni-W-B镀层热处理前后的硬度值，可以看出，热处理能够明显提高Ni-W-B镀层的显微硬度。随着热处理温度的升高，Ni-W-B镀层的显微硬度先增大后减小，在400℃时，其镀层显微硬度达最大值。

分析表3可知，随着热处理温度的提高，Ni-W-B镀层的磨损量先增大后减小再增大。当热处理温度为200℃时，Ni-W-B及其复合镀层的磨损量均最大，耐磨性最差；当热处理温度为400℃时Ni-W-B及其复合镀层的磨损量降到最低，其耐磨性最好。

注意事项：

1、45#钢主要成分为Fe、Ni、Cr、Ti等，表面易钝化，形成一层致密氧化膜。在化学镀时，要去除这层氧化膜，否则镀层结合力就很差，可能镀不上。即要对基体45#钢要进行除油和表面活化的镀前处理。

2、在前处理每个步骤操作完成之后，都应用去离子水将试件表面残留的液体冲洗干净，避免带入下一操作环节以造成污染和试验误差。

3、施镀过程中试件不可暴露于空气中，以免表面形成氧化膜，导致结合力下降。

4、镀液要保持干净，不能有灰尘和微粒落入，否则容易引起镀液的自分解。

参考文献：

[1]沃尔夫冈•里德尔著，罗守福译.化学镀镍[M].上海：上海交通大学出版社，1996.

[2]宣天鹏.材料表面功能镀覆层及其应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]李金桂.表面工程技术和缓蚀剂[M].北京：中国石化出版社，2001.

[4]徐瑞东，郭忠诚，朱晓云等.高磷非晶态镍磷合金镀层的研究电镀与环保[J]，2002，22（3）：18-20.

[5]韩文政，遇元宏，时小军.化学镀Ni-P工艺对镀层结构和性能的影响[J].材料保护，2002，35（5）：51-52.

[6]储召华，郝桂霞，李君.化学镀Ni-W-P三元合金工艺的研究[J].化学镀工艺，1998，3：5-7.

[7]许晓丽，黄燕滨，张平，孟昭福，梁志杰，刘德刚，刘波.化学镀Ni-W-P镀液及工艺优化研究[J].电镀与涂饰，2004，24（2）：18-20.

[8]饶乾阳，蒙继龙，吴大庆，张海英.镁合金化学镀Ni-W-P合金的研究[J].表面技术，2005，34（3）：38-40.