作者：田丰 张罡 姜威 黄刚
摘 要：以锅炉用钢20g为基体，介绍了一种高磷的化学镀Ni-P合金工艺，研究了工艺参数对化学镀Ni-P镀层镀速和稳定性的影响，并确定最适宜配方。关键词：化学镀；高磷；Ni-P合金；锅炉钢
1 引言
目前工业锅炉的腐蚀问题已十分突出和严重，仅沈阳市就有约四千多台锅炉，由于锅炉的腐蚀和耐磨等问题，不仅造成锅炉设备大修过早报废，直接导致经济损失，而且易发生各种事故，给安全生产带来隐患。
化学镀一般指化学镀Ni-P合金，是采用镍盐和还原剂在同一溶液中进行的自催化氧化-还原反应，从而在工件表面沉积出Ni-P合金镀层的表面处理技术。Ni-P合金镀层由于具有较高的硬度、耐磨性、润滑性、优异的耐蚀性和良好的钎焊性能，尤其是制备的高磷镀层具有非晶态结构，非晶态的高磷镀层具有非磁性、较低的电阻温度系数(TCR)、优良的耐蚀性等优点，因此利用优质碳素钢锅炉用钢(20g)进行表面化学镀实验，在锅炉用钢表面镀上镍磷化学镀层，从而提高锅炉设备热部件抗磨抗蚀，提高表面硬度，延长使用寿命，对于我国蒸汽及动力锅炉使用具有重要实际应用价值和理论意义，同时还可以向大型电站锅炉等领域推广。
2 实验方法
2.1 镀液组成及工艺条件
NiSO4•6H2O 25～40 g/L；NaH2PO2 25～30g/L；Pb(AC)2微量；Na(AC) 12～15g/L；络合剂1（15 g/L乳酸）；络合剂2（15 g/L柠檬酸）；络合剂3（4 g/L乳酸+15 g/L柠檬酸）；络合剂4（3 g/L乳酸+13 g/L柠檬酸）；络合剂5（12 g/L乳酸+3 g/L柠檬酸）；温度 82～90℃；pH值 4.5～4.8。
2.2 施镀基材
实验采用的试样基材为20g（锅炉用钢），试样尺寸为20mm×15mm×10mm，原始硬度为HV189.22。
2.3 施镀工艺条件及流程
打磨→化学除油→清洗→20%H2SO4→清洗→3%H2SO4→清洗→快速入槽→吹干→除氢
2.4 性能测试
2.4.1 沉积速度的测定
采用称重法来测定镀层的沉积速度，沉积速度为：
v=ΔW/ρ×S×t×104(μm/h)
式中：ΔW-试件的增重，g;
ρ-镀层平均密度，按含磷量为9%计算，则密度为7.9g/cm3 ；
S-镀层面积，cm3；
t-时间，h。
2.4.2 镀液稳定性的测定
采用PdCl2实验法测定镀液稳定性。将含有稳定剂的化学镀镍溶液加热到工作温度，向其中加入1-2ml浓度为100mg/l的氯化把溶液，测量生成黑色沉淀的时间，根据时间长短来判断其稳定性。 2.4.3 显微硬度
检测方法用日本Future科技产的FM-300显微硬度仪测定镀层硬度，对每个试片取5个不同位置测试，然后取平均值。载荷为10g，加载时间5s。
2.4.4 镀层表面形貌及镀层含磷量的测定
采用日本岛津公司生产的S2400N扫描电镜及能谱仪分析测定
3 优化镀层的显微结构及能谱分析
通过多次的实验得到的最适宜方案：硫酸镍30g/L，次亚磷酸钠为28g/L，醋酸铅1.0mg/L，醋酸钠13g/L，络合剂为柠檬酸10g/L，乳酸4 ，pH值为4.5，施镀温度为90℃。用SEM观察最适宜镀层表面、横截面形貌并进行分析。
3.1 镀层表面显微形貌
镀层具有胞状结构，平均粒度为5μm，沉积方式为颗粒堆积，为典型的非晶结构，显微硬度为HV727.92，与原始基体相比硬度提高约3.78倍。
3.2 镀层表面能谱分析
由扫描电镜能谱分析获得最适宜镀液的镀层成分结果见图3.2，由图可以看出，镀层中只有镍和磷两种元素，其中，磷含量为15.10%。据文献报道Ni-P镀层只要含磷量在8%(w)以上，就具有非晶结构。因此，此镀层为非晶结构镀层，从而使得镀层的耐蚀性好。
4 结语
（1）最适宜的镀液组成为：硫酸镍30g/L，次亚磷酸钠为28g/L，醋酸铅1.0mg/L，醋酸钠13g/L，柠檬酸10g/L，乳酸4 ，pH值为4.5，施镀温度为90℃。
（2）采用最适宜工艺得到的镀层，镀层致密无缺陷，镀层含磷量为15.10%，镀层硬度高达HV727.92，镀液稳定，沉积速度为22.38μm/h。
参考文献
［1］Shao G J，Qin X J，Wang H Y，et al.Influence of RE element on Ni-P coelectrodeposition process ［J］.Materials Chenistry and Physics，2003，80(3):334.
［2］Shukla S， Seal S.Rahaman Z. Electroless copper coating of cenospheres using silver nitrate activator.Materials Letters，2002，57:151.