本方法對321不銹鋼球閥進行預處理后,不經預鍍鎳和誘導體觸發,而直接進行化學鍍鎳2小時,鍍層Ni、P質量分數分別為88.37%和11.63%經過不同溫度回火,鍍層的顯微硬度隨著回火溫度的升高而增大。在350℃ 時達到最大值為1000HV。鍍層與基體的結合力隨鍍層回火溫度的升高呈現先升后降的趨勢。在300℃時達到最大值,為42.3N。Ni-P合金鍍層在10%的鹽酸、硫酸、鹽酸與硫酸的混合酸中的耐蝕性遠高于不銹鋼基體,而經過回火后的鍍層的耐蝕性比未經回火的低。因此,根據對球閥不同的性能要求選擇不同的處理工藝。
1. 除銹(xiu)液的組(zu)成及操(cao)作(zuo)
除銹(xiu)(活化)的目(mu)的就是除去氧化膜,使鍍(du)液和(he)基體接觸,讓(rang)鍍(du)覆反應(ying)順(shun)利進行。因(yin)此(ci),該步驟是鍍(du)覆成功與否的關鍵(jian)。
除銹液組成與操作條件:
硫(liu)酸 10% 、 時間 5~6 分鐘 、 溫度 50~60℃
試件浸入(ru)除(chu)銹液(ye)中后(hou)剛(gang)開始(shi)無(wu)任何跡象,大約2分鐘后(hou),試件表面有少量氣(qi)泡(pao)冒出,表明有地方氧化膜已經(jing)(jing)(jing)被(bei)反應(ying)掉。除(chu)銹液(ye)已經(jing)(jing)(jing)和基體接觸了,隨著反應(ying)的(de)進行(xing),氣(qi)泡(pao)越來越多(duo),經(jing)(jing)(jing)過5min的(de)除(chu)銹,將試件取出,先在冷水(shui)中激沖(chong)(chong),再用(yong)熱的(de)蒸餾水(shui)沖(chong)(chong)洗,馬上(shang)將試件浸入(ru)鍍(du)(du)液(ye)中,可以看到(dao)試件與鍍(du)(du)液(ye)劇烈反應(ying),經(jing)(jing)(jing)過2小時的(de)鍍(du)(du)覆(fu),試件表面光亮呈現(xian)銀白色(se),鍍(du)(du)覆(fu)效(xiao)果較好。
2. 化(hua)學鍍高磷Ni-P鍍液組成及工藝(yi)條件
硫酸鎳(NiSO4·7H2O) 25g/L 、 穩定劑 少量 、 pH 4.6 、溫度 90℃
次磷酸鈉(NaH2PO2·H2O) 20g/L 、檸檬酸三鈉(Na3C6H5O7) 10g/L
乙酸鈉(NaCH3COO) 10g/L 、 乳酸(C3H6O3) 25g/L 、鍍覆時間 2小時
3. 鍍(du)層形貌與組(zu)成
a. 表面形貌
用XJL-02光(guang)學(xue)顯微鏡(江南光(guang)學(xue)儀器(qi)廠(chang)生產(chan))觀察表面(mian)形貌(mao),呈光(guang)亮(liang)的銀白色,基體表面(mian)分布著胞狀結構,從截面(mian)圖看沉積層厚度大約有20μm.
b. 鍍層組成
采用(yong)JEOL JXA-840A電子(zi)探針分(fen)析(xi)儀(日本電子(zi)株式會社研制)測得鍍層(ceng)中(zhong)鎳與磷(lin)的(de)原子(zi)分(fen)數各(ge)為P10.96%,Ni 89.04%。磷(lin)含量在11%~12%之間,表明該鍍層(ceng)屬于高磷(lin)含量鍍層(ceng)。
4. 鍍層(ceng)硬度(du)及高磷-鎳合金硬度(du)隨溫度(du)的升高而增大(da)的機理(li)
不(bu)銹(xiu)鋼基體、未(wei)經(jing)回(hui)火(huo)的鍍(du)層(ceng)以及(ji)在各種溫度條(tiao)件下(xia)經(jing)回(hui)火(huo)處理(li)后(hou)的鍍(du)層(ceng)顯微硬度測定(ding)結果見表4-34。試樣在HV-1000型臥式顯微硬度計(上(shang)海材料試驗機械(xie)生(sheng)產)上(shang)每次測3點。
由表4-34可見,鍍層的硬度較基體從397HV升高到520HV(第1組),鍍層經過熱處理回火后,硬度進一步提高,在300~350℃的間隔的硬度上升最快。原因是鍍層發生了品態轉變,熱處理使鍍層與基體金屬元素發生相互擴散,從而提高鍍層硬度,且能使鍍層經歷如下變化:非品態-晶態-晶粒聚集長大。磷原子的擴散聚集使磷原子聚集到鎳的特定晶面上,迫使其適應鎳的結構,形成共格關系,使其局部應力場引起嚴重畸變,故加快了硬度增加的趨勢;當磷原子聚集到足夠數量,滿足鎳磷原子數之比為3:1的關系時,析出金屬間化合物,與固溶體具有共格關系,引起共格沉淀硬化作用,所以此時硬度增加很多;非晶態Ni-P合金加熱到一定溫度形成的原子集團,逐漸發展成結晶核心,起到一定的強化作用,故硬度增加;晶化反應后,晶化相發生畸變,增加了鍍層的塑變抗力,硬度提高;當有Ni3P生成時,鍍層被強化,Ni3P聚集粗化。由此可見,鎳磷鍍層發生了典型的沉淀強化過程;而非晶態Ni3P體積分數大于Ni,成為基體,產生分散強化作用,所以高溫熱處理后具有較高的硬度。可以說鎳磷鍍層的晶化越完全,鍍層的硬度越高,而隨著溫度的升高,鍍層的晶化程度在不斷提高,所以鍍層硬度隨溫度的升高而增大,要求高耐磨性高硬度的鍍層可選擇對鍍層進行350℃回火處理。
5. 鍍層結(jie)合力(li)實驗(yan)
試(shi)件(jian)根(gen)據回火溫(wen)度(du)的(de)不同(tong)在WS-2002劃痕機上測試(shi)試(shi)件(jian)的(de)結(jie)(jie)合(he)力(li)(li),實驗結(jie)(jie)果見表(biao)4-35不同(tong)狀態下鍍層的(de)結(jie)(jie)合(he)力(li)(li)。
從表4-35中(zhong)可見,在300℃以前,鍍層(ceng)結(jie)(jie)合(he)力隨著(zhu)回火(huo)溫(wen)度的上升而提(ti)高,300℃時(shi)鍍層(ceng)的結(jie)(jie)合(he)力達到最高值(zhi),之(zhi)后(hou)(hou),回火(huo)溫(wen)度再升高后(hou)(hou),結(jie)(jie)合(he)力反而下降。
因此,回火(huo)溫(wen)度最對不要通過300℃一(yi)般地說,鍍層(ceng)與基體的(de)結合力是判斷鍍層(ceng)性能(neng)好壞的(de)重要依據(ju)。
6. 鍍層(ceng)耐蝕性
a. 未經(jing)回火的鍍層(ceng)腐蝕速(su)率測定
試樣先算出其表面(mian)積,然后用分析天平測(ce)出試樣在腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)前后的質(zhi)量,經過240h的靜態腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)液每2天更新(xin)一(yi)次(ci)),根據試樣表面(mian)積及失重(zhong)求出腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速(su)率。
b. 試樣腐蝕(shi)速率(lv)的測定見表4-36
從表(biao)4-36可見,鎳磷化(hua)(hua)學鍍(du)層(ceng)(ceng)的(de)腐蝕(shi)速(su)率(lv)在10%鹽酸(suan)(suan)溶液(ye)、10%硫酸(suan)(suan)溶液(ye)和(he)硫酸(suan)(suan)與(yu)鹽酸(suan)(suan)混合(he)溶液(ye)都(dou)有(you)(you)二十多倍的(de)差距。只有(you)(you)在乙(yi)酸(suan)(suan)中(zhong)才相近。Ni-P 鍍(du)層(ceng)(ceng)為非晶態(tai)合(he)金鍍(du)層(ceng)(ceng),從理(li)論(lun)上講,由于非晶態(tai)合(he)金鍍(du)層(ceng)(ceng)組織結構均勻(yun),無偏析、夾雜物和(he)第二相,原子間(jian)呈(cheng)現短程有(you)(you)序結構,沒有(you)(you)晶界、位錯以(yi)及與(yu)晶態(tai)有(you)(you)關的(de)其他缺陷,是(shi)多種元素的(de)固(gu)溶體(ti),具有(you)(you)較好的(de)化(hua)(hua)學和(he)電化(hua)(hua)學均勻(yun)性,因(yin)此其,耐腐蝕(shi)性高。
c. 表4-37為不同回火溫(wen)度下鍍層(ceng)的腐(fu)蝕速(su)率
從表4-37可(ke)(ke)(ke)見(jian),隨著回(hui)火(huo)溫度的(de)(de)上升(sheng),鍍層的(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性呈下(xia)降的(de)(de)趨勢。剛開始下(xia)降不大(da),在(zai)300~350℃回(hui)火(huo)溫度內(nei),腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率上升(sheng)很快,鍍層回(hui)火(huo)發(fa)生(sheng)晶化(hua)的(de)(de)完成,晶態結(jie)構相關的(de)(de)缺陷急(ji)劇增加,從而加大(da)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)傾(qing)向。因此,要求(qiu)高(gao)耐(nai)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)鍍層可(ke)(ke)(ke)選(xuan)擇鍍態鍍層,耐(nai)蝕(shi)(shi)性最(zui)好。如(ru)果既(ji)要求(qiu)耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又要求(qiu)高(gao)耐(nai)磨(mo)、高(gao)硬(ying)度的(de)(de)條件,可(ke)(ke)(ke)選(xuan)擇較(jiao)低的(de)(de)回(hui)火(huo)溫度處理,以達到鍍層耐(nai)磨(mo)性、硬(ying)度與耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)良好配合。