GB-T 43659-2024 金属及其他无机覆盖层 电沉积镍-陶瓷复合镀层

ICS25.220.40CCSA29中华人民共和国国家标准GB/T43659—2024金属及其他无机覆盖层电沉积镍-陶瓷复合镀层Metallicandotherinorganiccoatings—Electrodepositednickel-ceramicscompositecoatings(ISO19487:2016,MOD)2024-03-15发布2024-10-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会ⅠGB/T43659—2024前言 Ⅲ引言 Ⅳ1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 24标识 25要求 25.1替代试样 25.2外观和表面粗糙度 25.3厚度 35.4硬度 35.5结合强度 35.6孔隙率 35.7消除应力的热处理 35.8降低氢脆的热处理 35.9喷丸 35.10内应力 45.11延展性 46抽样 4附录A(资料性)瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀工艺及性能 5附录B(规范性)镀层厚度测量方法 6B.1通则 6B.2破坏性测量 6B.3无损测量 6参考文献 7表A.1瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀溶液的典型组成 5表A.2瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀溶液的操作条件 5表A.3瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀层的典型机械性能 5ⅢGB/T43659—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件修改采用ISO19487:2016《金属及其他无机覆盖层电沉积镍-陶瓷复合镀层》。本文件与ISO19487:2016相比做了下述结构调整:—将ISO原文中的附录A和附录B调换位置,为了适应我国技术条件;—按类别将表A.1拆分为3个独立表格(见表A.1、A.2和A.3),为规范表格编排格式。本文件与ISO19487:2016的技术差异及其原因如下:—增加了规范性引用的GB/T3138、GB/T3505、GB/T12332和GB/T12334(见第3章),为了适应我国技术条件;—用规范性引用的GB/T4955替换了ISO2177(见B.2.2);用规范性引用的GB/T5270替换了ISO2819(见5.5);用规范性引用的GB/T6461替换了ISO10289(见5.6);用规范性引用的GB/T6462替换了ISO1463(见B.2.1);用规范性引用的GB/T6463替换了ISO3882(见B.1);用规范性引用的GB/T12609替换了ISO4519(见第6章);用规范性引用的GB/T13744替换了ISO2361(见B.3.1);用规范性引用的GB/T16921替换了ISO3497(见B.3.3);用规范性引用的GB/T19349替换了ISO9587(见5.7);用规范性引用的GB/T19350替换了ISO9588(见5.8);用规范性引用的GB/T20018替换了ISO3543(见B.3.2);用规范性引用的GB/T20015替换了ISO12686(见5.9);用规范性引用的GB/T31563替换了ISO9220(见本文件做了下列编辑性修改:—附录A的标题修改为“瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀工艺及性能”(见附录A)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会(SAC/TC57)归口。本文件起草单位:武汉材料保护研究所有限公司、合肥华清方兴表面技术有限公司、广州三孚新材料科技股份有限公司、东莞金銮五金制品有限公司、佛山市隆信激光科技有限公司、浙江福川家居用品有限公司、纳狮新材料有限公司、深圳创智芯联科技股份有限公司、荆大(荆州)汽车配件有限公司、广东汇成真空科技股份有限公司。ⅣGB/T43659—2024引言陶瓷颗粒与金属的电化学共沉积是一种低成本、低温的复合材料制备方法。陶瓷颗粒可以是硬质氧化物或碳化物,如Al2O3、SiC、Si3N4、TiO2、WC或金刚石,此外,它可能包括固体润滑剂,如PTFE(聚四氟乙烯)、石墨、h-BN或MoS2。陶瓷颗粒的加入可以提高电镀层的机械性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能。镍作为一种工程材料,镍-陶瓷复合镀层在半导体刀具、换热器、汽车卸扣销、玻璃模具等方面有着广泛的应用,其范围包括机械元件、工具、电子、微系统技术、电化学、声学、装饰等。此外,电沉积镍-陶瓷复合镀层可应用于汽车零件,包括气缸孔、活塞和活塞环,以提高发动机性能。镍基复合材料有许多不同的类型,这取决于所加入的陶瓷颗粒的种类。为提高硬度和耐腐蚀性,可使用硬质陶瓷颗粒,如SiC、Si3N4、Al2O3;为提高耐磨性,主要是使用自润滑固体颗粒,如h-BN、PTFE或MoS2。因此,为特定应用选择合适的陶瓷颗粒很重要的。附录A给出了瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀溶液的典型组成、工艺条件和镀层机械性能。本文件旨在提供镍-陶瓷复合镀层的工艺和要求,为供需双方制备复合材料提供帮助。1GB/T43659—2024金属及其他无机覆盖层电沉积镍-陶瓷复合镀层1范围本文件规定了黑色和有色金属基体上电沉积工程用镍-陶瓷复合镀层的要求,描述了电沉积镍-陶瓷颗粒复合镀层的制备方法。本文件适用于工程应用的镍基复合镀层。本文件不适用于镍体积分数小于40%的合金或复合材料。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T3138金属及其他无机覆盖层表面处理术语(GB/T3138—2018,ISO2080:2008,IDT)GB/T3505产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数(GB/T3505—2009,ISO4287:1997,IDT)GB/T4955金属覆盖层覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法(GB/T4955—2005,ISO2177:2003,IDT)GB/T5270金属基体上的金属覆盖层电沉积和化学沉积层附着强度试验方法评述(GB/T5270—2005,ISO2819:1980,IDT)GB/T6461金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级(GB/T6461—GB/T6462金属和氧化物覆盖层厚度测量显微镜法(GB/T6462—2005,ISO1463:2003,IDT)GB/T6463金属和其他无机覆盖层厚度测量方法评述(GB/T6463—2005,ISO3882:2003,IDT)GB/T12332金属覆盖层工程用镍电镀层(GB/T12332—2008,ISO4526:2004,IDT)GB/T12334金属和其他非有机覆盖层关于厚度测量的定义和一般规则(GB/T12334—2001,ISO2064:1996,IDT)GB/T12609电沉积金属覆盖层和相关精饰计数检验抽样程序(GB/T12609—2005,ISO4519:1980,IDT)GB/T13744磁性和非磁性基体上镍电镀层厚度的测量(GB/T13744—1992,ISO2361:1982,IDT)GB/T16921金属覆盖层覆盖层厚度测量X射线光谱法(GB/T16921—2005,ISO3497:2000,IDT)GB/T19349金属和其他无机覆盖层为减少氢脆危险的钢铁预处理(GB/T19349—2012,ISO9587:2007,IDT)GB/T19350金属和其他无机覆盖层为减少氢脆危险的涂覆后钢铁的处理(GB/T19350—2012,ISO9588:2007,IDT)2GB/T43659—2024GB/T20015金属和其他无机覆盖层电镀镍、自催化镀镍、电镀铬及最后精饰自动控制喷丸硬化前处理(GB/T20015—2005,ISO12686:1999,MOD)GB/T20018金属与非金属覆盖层覆盖层厚度测量β射线背散射法(GB/T20018—2005,ISO3543:2000,IDT)GB/T31563金属覆盖层厚度测量扫描电镜法(GB/T31563—2015,ISO9220:1988,MOD)ISO14577(所有部分)金属材料硬度和材料参数的仪器化压痕试验(Metellicmaterials—Instrumentedidentationtesthardnessandmaterialsparameters)注:GB/T21838(所有部分)金属材料硬度和材料参数的仪器化压痕试验(GB/T21838.1—2019,ISO14577-1:2015,IDT;GB/T21838.2—2022,ISO14577-2:2015,IDT;GB/T21838.3—2022,ISO14577-3:2015,IDT;GB/T21838.4—2020,ISO14577-4:2016,IDT)3术语和定义GB/T3138、GB/T3505、GB/T12332、GB/T12334界定的术语和定义适用于本文件。4标识标识应包括以下内容:a)术语“电沉积复合镀层”;b)本文件的编号,GB/T43659;c)连字符;d)斜线分隔符(/);e)镍以及电镀前后所施镀层的符号,按施镀顺序用分隔符(/)隔开。镀层标识应包括镀层厚度(单位为μm)。示例:电沉积复合镀层GB/T43659-Ni30/SiC(25)表示厚度为30μm的镍-碳化硅复合镀层,其中含有25%(体积分数)的SiC。5要求5.1替代试样当镀覆工件的尺寸或形状不适合进行试验时,或由于工件数量少、价格昂贵而无法进行破坏性试验时,可使用替代试样测量结合强度、厚度、孔隙率、耐蚀性、硬度和其他性能。替代试样的材质、冶金状态和表面状况应同镀覆工件一致,并且应与所代表的镀覆件同时进行加工。使用替代试样或有代表性的试样来验证镀覆工件是否满足本文件的要求时,所用试样的数量、材料、形状和尺寸应由需方规定。5.2外观和表面粗糙度主要表面的镀层应光亮,肉眼检查时应无针孔、裂纹、鼓泡、脱落、烧焦沉积物和漏镀等明显缺陷。仅覆盖表面一部分的镀层边界,在按照需方规定进行机加工或其他处理后,应无碎屑、鼓泡、扩展、锯齿状边缘和其他缺陷。由基材的表面状况而导致的镀层缺陷,即使按照严格的电镀规范进行精饰后仍然存在,则这些缺陷不应成为拒收的理由。基体金属缺陷的验收限值应由需方规定。需要机械加工的镀层,允许电沉积过程中出现可以通过机械加工消除的轻微瑕疵。为满足尺寸要求,镀后要进行打磨的电镀件,不应干磨,而应采用合适的不含硫液体冷却剂,并采用足够轻的压力以免3GB/T43659—2024镀层开裂。供方进行热处理和打磨时产生的肉眼可见的气泡和裂纹应拒收。对于镀层表面粗糙度,Ra=0.4μm为工业饰面,Ra=0.2μm为优秀的工业饰面。5.3厚度标识中指定的镀层厚度为最小局部厚度。在需方没有特别指明的情况下,镀层的最小局部厚度应在工件主要表面(直径20mm的球可以接触)的任何一点测量。镀层的最小局部厚度应按照附录B中给出的方法之一进行测量。最小局部厚度通常为5μm~200μm,具体取决于工程实际应用。尽管电镀层的厚度不受技术限制,但实际上受工件的尺寸和几何形状的限制,镀层很难获得光滑的表面和均匀的厚度,电镀层增厚时尤为如此。对电镀层进行机加工以满足外观和表面粗糙度的要求,电镀操作需要在工序间中断,经过机加工的镍电镀层表面应进行合适的再活化以增强后续电镀层的结合强度。为提高电镀层厚度分布的一致性,可采用辅助电极。5.4硬度当硬度有规定时,应按照ISO14577(所有部分)中给出的方法进行测量。5.5结合强度镀覆工件或替代试样应通过GB/T5270中规定的弯曲、锉刀或热震试验测试结合强度,具体试验由需方规定。供方有责任确保电镀前的表面处理方法能满足需方要求。5.6孔隙率镀覆铁件或替代试样应进行热水孔隙率试验或铁试剂试验,试验后根据GB/T6461对镀层孔隙率进行测量。如果每个零件或单位面积的孔隙数超过规定或供需双方共同约定的数量,则该零件被视为不合格。5.7消除应力的热处理当需方有规定时,抗拉强度大于或等于1000MPa(31HRC)并在机加工、研磨、锻造或冷成形过程中产生了拉应力的钢铁件,应在前处理和电沉积前进行消除应力的热处理。热处理的程序和等级应由需方规定,或由需方按照GB/T19349规定适当的程序和等级。在施镀前应对带有氧化皮或油污的钢材进行前处理。对于高强度钢,首选化学碱性除油或阳极电解除油或机械除油,以避免产生氢脆。在高强度钢(超过1450MPa)进行机械除油时,宜考虑过热的可能性。5.8降低氢脆的热处理抗拉强度大于或等于1000MPa(31HRC)的钢铁件以及表面硬化过的零件,应按照GB/T19350或需方规定的程序进行降低氢脆的热处理。热处理降低氢脆的有效性可通过需方规定的试验方法或国家标准规定的方法确定,例如GB/T26107描述了测量螺纹件残余氢脆的方法。弹簧电镀工件或其他易弯曲的零件在降低氢脆前不得弯曲。含有少量硫的镍镀层在超过200℃时会变色并变脆,因此在选择表面活性剂时应特别小心,以尽量减少硫的引入。确切的脆化温度取决于镍镀层中的硫含量,以及镀层在高温下处理的时间。5.9喷丸如果需方规定电镀前或电镀后进行喷丸处理,则应按照GB/T20015进行,测量喷丸强度的方法在GB/T20015中也有规定。4GB/T43659—2024当高强度钢镀覆拉应力的镀层时,会降低疲劳强度,电镀前和电镀后的喷丸处理可以减轻疲劳强度的降低。对于使用过程中易受复杂载荷重复作用的工件,建议进行喷丸处理。影响疲劳寿命的其他因素包括厚度和残余应力。为满足预期的服役条件,厚度宜尽可能薄,残余内应力宜尽可能低。喷丸产生的压应力提高了镀层耐腐蚀性和抗应力腐蚀开裂能力。5.10内应力电沉积镍及镍-陶瓷复合镀层的内应力变化范围很大。一般来说,超过100MPa的高拉应力可能导致加工困难。瓦特镍镀液的电镀层通常比氨基磺酸镍镀液的镀层具有更高的内应力。可以使用降低内应力的有机添加剂,但必须谨慎,因为有机添加剂会增加镀层的硫含量。含硫的镍-陶瓷复合镀层在加工或使用过程中,当加热到200℃以上时,很容易变脆。整平剂会增加镀层的拉应力。5.11延展性当电镀后需要弯曲或成形时,电沉积镍镀层的延展性是一个重要的考虑因素,例如许多电气和电子应用。延展性不足可能导致工件在成型过程中镀层开裂。无硫镍镀层的延展性通常大于8%。需方应规定所需延展性及其测量方法(见GB/T15821)。延展性通常采用GB/T15821中所述的圆柱芯轴弯曲法进行测量。6抽样抽样方法应从GB/T12609规定的方法中选取。验收等级应由需方规定。5GB/T43659—2024附录A(资料性)瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀工艺及性能瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀溶液的典型组成、操作条件以及复合镀层的机械性能分别见表A.1、表A.2和表A.3。表A.1瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀溶液的典型组成电解液组成瓦特镍氨基磺酸镍硫酸镍NiSO4·6H2O/(g/L)120~400 氨基磺酸酸镍Ni(SO4NH2O)2/(g/L) 200~800氯化镍NiCl2/(g/L)30~850~10硼酸H3BO3/(g/L)30~5515~60陶瓷颗粒/(g/L)2~202~20陶瓷颗粒尺寸20nm~5μm20nm~5μm表面活性剂a/(g/L)<0.3<0.3a表面活性剂是阴离子型,或阳离子型,或二者的组合。表面活性剂通过改变陶瓷颗粒的zeta电位值,改善陶瓷颗粒的共沉积性能,并提高颗粒的悬浮稳定性。表A.2瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀溶液的操作条件操作条件瓦特镍氨基磺酸镍阴极电流密度/(A/dm2)3~80.5~30阳极镍镍pH3.5~4.54.0~5.0温度/℃40~6540~50搅拌方式空气或机械搅拌空气或机械搅拌表A.3瓦特镍和氨基磺酸镍复合镀层的典型机械性能机械性能瓦特镍氨基磺酸镍抗拉强度/MPa345~500415~700伸长率/%10~305~30维氏硬度(100g载荷)>350>450内应力/MPa150(拉应力)~100(压应力)0~70(拉应力)6GB/T43659—2024附录B(规范性)镀层厚度测量方法B.1通则GB/T6463规定了金属及其他无机覆盖层厚度的测量方法。B.2破坏性测量B.2.1显微镜法采用GB/T6462中规定的方法测量,如有需要,使用标准规定的硝酸/冰醋酸蚀刻剂进行处理。对于铜基镀镍层,使用1体积硝酸(ρ=1.4g/mL)与5体积冰醋酸的溶液进行处理。B.2.2库仑法GB/T4955中规定的库仑法可用于测量镍的总厚度和铜底层(如有)的厚度。B.2.3扫描电镜法GB/T31563中描述的扫描电镜法可用于测量镍镀层厚度和底层厚度。如有争议,应采用库仑法测量厚度小于10μm的镍镀层厚度,用显微镜法测量10μm及以上的镍镀层和底层厚度。B.3无损测量B.3.1磁性法(仅适用于镍镀层)采用GB/T13744中规定的方法。注:本方法对镀层渗透性的变化很敏感。测定若干局部厚度测量值,取平均值,以获得平均厚度(见GB/T12334)。B.3.