热处理对Ni—P合金镀层组织结构、显微硬度与耐蚀性能的影响

热处理对NIP合金镀层组织结构、显微硬度与耐蚀性能的影响热处理对NIP合金镀层组织结构、显微硬度与耐蚀性能的影响朱玲玲，彭成章。陈友明湖南科技大学机械设备健康维护重点实验室，湖南湘潭411201摘要】目前，有关热处理对NIP合金镀层组织结构与性能的影响研究不够深入。采用脉冲电沉积方法在Q235钢表面制备NIP合金镀层，并在200500OC下进行热处理。利用X射线衍射仪分析镀层的相结构，用电化学极化曲线和扫描电子显微镜SEM对镀层在35NAC1，10HC1和10HSO溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明，提高热处理温度，NI，P相的析出速度增大，NIP合金镀层的晶化时间减少，达到最高硬度所需的热处理时间相应缩短，镀层经300OC和400OC热处理后的最高硬度分别达到8628HV和8874HV；NIP合金镀层热处理晶化后，其耐蚀性能显著降低，在3种腐蚀介质中均发生点蚀。关键词脉冲电沉积；NIP合金镀层；热处理；组织结构；耐蚀性能中图分类号TQ1532文献标识码A文章编号100115602012010039030前言NIP合金镀层具有良好的耐磨、耐蚀性且无磁性，在石油、化工、机械和电子等工业领域中获得了广泛应用U“J。对电沉积NIP非晶合金热处理晶化制备的非晶纳米晶复合镀层进行研究发现，在260420范围对NIP非晶合金保温10RAIN，随着热处理温度升高，析出相由NI。P5，NIP2亚稳相向NI。P，NI稳定相转变，420OC时亚稳相完全消失，具有少量纳米晶相镶嵌于非晶相结构的复合镀层在35NAC1溶液中具有较好的耐蚀性J。但以往关于热处理对NIP合金镀层组织结构和性能的影响研究不够。本工作采用脉冲电沉积方法制备NIP镀层，研究热处理对镀层组织结构、显微硬度和35NAC1，10HC1及10HSO溶液中腐蚀行为的影响。1试验11NIP合金镀层的制备基材为Q235钢，尺寸为50MM12MM2MM，收稿日期20110720基金项目国家自然基金资助项目50764004；湖南省科技计划项目2010FJ3093；湖南科技大学研究生创新基金SLO0111资助通信作者彭成章，博士，副教授，研究方向为材料成形与加工、材料表面改性技术，电话073158290624。EMAILPCZ2002SOHUNNL试样经过机械抛光、除油、除锈、活化后浸入镀液中施镀。NIP合金镀液的主要组成及工艺条件为100GL硫酸镍，15GL次磷酸钠，45GL柠檬酸，36GL硼酸，PH值为40，镀液温度45。电沉积采用KYDM正负脉冲电源进行，工艺参数电流密度5ADM，占空比30，脉冲频率100HZ；施镀时间为3H，镀层厚度约为35IXML6。12热处理将NIP合金镀层试样加工成12MM8MM2MM，置于箱式电阻炉内，于200，300，400CI下热处理，升温速度7O【RAIN，保温时间为2O400MIN，炉冷。13性能表征利用X射线衍射仪XRD分析镀态和热处理NIP镀层的组织结构，用JSM6380LV型扫描电子显微镜SEM观察NIP镀层的腐蚀形貌，用HXS1000A型显微硬度计测定镀态和热处理试样的显微硬度，载荷为2N，保留时间5S，在镀层中随机取5个点进行测量，取平均值。用CH1660B电化学工作站和三电极系统对镀态、热处理NIP镀层进行极化曲线测试。辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极SCE，镀层试样为工作电极，工作电极四周用环氧树脂密封，留出LAM工作面积；电解质为35NAC1溶液，扫描范围为一1510V，扫描速度为10MS。誊缓9_0E盘西_0ZV寸0；0热处理对NIP合金镀层组织结构、显微硬度耐蚀性能的影响耐蚀性测定试样尺寸为12MMX12MM2MM，其四周用环氧树脂封闭；热处理温度为300,40O，500，保温时间均为80MIN。腐蚀介质为质量分数35的NAC1，体积分数10的HC1，体积分数10的HSO溶液，在室温下浸泡240H。2结果与讨论21热处理对NIP镀层组织结构的影响图1为NIP镀层不同温度热处理80MIN后的X射线衍射谱。由图1可见，NIP镀层镀态时呈典型的非晶态结构；对镀层进行能谱分析表明，NIP镀层平均磷含量为762；200OC热处理后，NIP镀层内析出了NI3P相，NI。P5，NIP等亚稳相已经消失，镀层为非晶态和晶态结构组成的混合组织；随热处理温度提高，NI，P相的衍射峰显著增强，NI，P相数量增多，镀层的晶化程度增大；400OC热处理后，镀层内除析出NIP相外，还产生了NIO和纯NI相，NIP镀层已完全晶化。O203040506070S02。11热处理镀层图1NIP镀层的XRD谱22热处理对NIP镀层硬度的影响图2为热处理温度和时间对NIP镀层显微硬度的影响。NIP镀层镀态时的平均硬度为5559HV。热处理温度为200时，NIP镀层的硬度随热处理时间的延长先下降，在热处理时间为160RAIN时降低到4904HV，然后随着热处理时间的延长镀层硬度开始回升；热处理240MIN以后，热处理时间对镀层硬度的影响不明显见图2A。这是因为镀态时NIP镀层内部存在较高的内应力，200热处理开始时，镀层内应力逐渐消失引起硬度降低，而随着热处理时间的延长，NI，P相的析出数量不断增加，对镀层产生弥散强化，硬度开始回升；在热处理240RAIN后，析出相和镀层基体接近热力学平衡，析出速度显著降低，使得硬度随热处理时间的延长不再明显升高。300和400OC热处理复合镀层的显微硬度均随热处理时间的延长先增加后降低，最高值分别为8628HV和8874HV，对应的热处理时间分别为120MIN和40MIN见图2B。这是因为热处理开始时，镀层内不断析出细小的NJP粒子，对镀层产生弥散强化作用，使得镀层硬度增大。当热处理时间大于某一临界值后，镀层内NIP粒子开始粗化，粒子的弥散强化作用逐渐消失，硬度下降。因此，提高热处理温度，将缩短非晶态NIP镀层的晶化时间。嚣襄T，RAINA200热处理20406080L0OL2O140160T|RAINB300，4001热处理2热处温腹干时RIJ埘NIT馁做馊发的影响23热处理对NIP镀层耐蚀性能的影响图3为NIP镀层在35NAC1溶液中浸泡240H后的腐蚀形貌镀态和300热处理的镀层表面观察不到腐蚀痕迹；400热处理表面出现了少量腐蚀孔，500热处理镀层表面产生了严重的蜂窝状腐蚀孔，其腐蚀机理为点蚀。镀态试样在10HC1和10HSO溶液中均具有良好的耐蚀性能，300OC热处理镀层开始产生轻微的点蚀，400热处理镀层在10HC1中发生明显的点蚀和少量的穿晶腐蚀，在10HSO溶液中的腐蚀行为表现为严重点蚀见图4剞3P镀层35NACL溶液R浸泡240H的蚀彤猊喜，加川如热处理对NIP合金镀层组织结构、显微硬度与耐蚀性能的影响4400热处理NIP镀层在不同酸性溶液中的腐蚀形貌图5为NIP镀层在35NAC1溶液中的极化曲线。由图5可以看出，NIP镀层镀态时的腐蚀电位为一0419V，随热处理温度提高，镀层的腐蚀电位向负方向移动，400热处理NIP镀层的腐蚀电位降低到一0863V，且腐蚀电流增大，其耐蚀性显著降低，说明NIP镀层的抗腐蚀能力与镀层热处理后的晶化程度密切相关。NIP镀层镀态时呈非晶态结构，内部原子排列是无序的，无晶界和位错等缺陷，完全为各向同性的均匀物质，具有较强的抗电化学腐蚀能力。NIP镀层300热处理80MIN后，NI3P相析出不完全，镀层由非晶态和晶态结构混合组成；NIP镀层400热处理80MIN后已完全晶化，并且镀层内出现NI和纯NI相。对相同热处理和腐蚀条件下的纯NI镀层进行耐蚀性能对比发现，热处理温度对纯NI镀层的耐蚀性能影响不明显，纯NI镀层的腐蚀表面存在微小的点蚀孔，但腐蚀孔的尺寸比400OI二热处理NIP镀层的小得多。这是因为NIP镀层400热处理后被完全晶化，而NIP相与镀层基体的腐蚀电位不同，产生电偶腐蚀，使得其耐蚀性能不如纯NI镀层。5NIP镀层在35NACL溶液中的极化曲线3结论1提高NIP镀层的热处理温度，NI。P相的析出速度增大，NIP镀层的晶化时间减少，达到最高硬度所需的热处理时间相应缩短，NIP镀层经300和400热处理后达到的最高硬度分别为8628HV和8874HV2N。2NIP镀层热处理晶化后，其耐腐蚀性能显著23456，在35NACI，10HC1和10H2SO43种介热处理镀层均发生了点蚀。应根据NIP镀层的环境要求选择合适的热处理工艺。参考文献STRAFFELINIG，COLOMBOD，MOLINARIASURFACEDURABILITYOFELECTROLESSNIPCOMPOSITEDEPOSITESJWEAR，1999，236179188刘丽红，张子华，闫杰，等化学镀镍磷合金在海洋环境中的腐蚀行为J中国腐蚀与防护学报，2010，355369373邵光杰，秦秀娟，于升学，等电沉积NIP合金镀层工艺研究J材料保护，2000，33635高加强，刘磊，沈彬，等纳米氧化铝粒子对化学镀镍磷合金晶化行为的影响J中国有色金属学报，2004，1416468王玉，郭金彪，俞宏英，等镍磷非晶纳米晶复合镀层的制备及其耐蚀性J中国有色金属学报，2007玲玲，彭成章，张晓菲工艺因素对脉冲电沉积NIP合金镀层组织及性能的影响J湖南科技大学学报，加11，2622730【编校魏兆军上接第38页4郭鹤桐，张三元复合电镀技术M北京化学工业出版社，20078145GUOZC，XURD，ZHUXYSTUDIESONTHEWEARRESISTANTEANDSTRUCTUREOFELECTRODEPOSITEDRENIWPSICFIVECOMPOSITEMATERIALSJSURFACEANDCOATINGSTECHNOLOGY，2004，187231411456XURD，GUOZC，PANJYCORROSIONRESISTANCEOFELECTRODEPOSITEDRENIWPSICPTFECOMPOSITECOATINGINPHOSPHORICANDFERRICCHLORIDEJTRANSNONFERROUSMETSOCCHINA，2006，1636666707李雪松，吴化脉冲电沉积NIA1O，纳米复合镀层晶体结构的变化J金属热处理，2008，33659608R肌JIN1B，KALAIGNANGPNICOTIO2N