节能型超声辅助316L不锈钢化学镀镍磷合金的方法与流程

本发明涉及不锈钢的表面处理领域，尤其是316L不锈钢超声辅助化学镀镍磷合金的方法。

背景技术：

316L奥氏体不锈钢由于其具有良好的综合性能，被广泛应用到石油、化工、制药等领域，但高温、高压且有强腐蚀介质存在的特殊工作环境对316L不锈钢的耐蚀性、耐磨性等性能提出了更高的要求。然而不锈钢表面存在一些钝化膜薄弱的地方(如贫铬区、晶界等破坏钝化膜均匀性的缺陷)，特别是在含有Cl^-的环境中，由于Cl^-容易在缺陷处引发点蚀而表现出较差的耐蚀性；且不锈钢硬度较低，表面耐磨性较差，容易出现发花现象，更会因表面出现微划痕从而形成腐蚀微电池，加速不锈钢的腐蚀。为了克服这些缺点，需对316L不锈钢进行表面处理，化学镀镍磷方法以独特的优势被广泛应用于此，但目前常规的化学镀镍磷工艺都在90℃左右施镀，能耗大，且易在槽壁上沉积，在施镀过程中，水分挥发快，镀液易老化，稳定性差，次亚磷酸钠还原剂利用率低；且在化学镀镍领域内，不锈钢属于难镀基体范畴，常规化学镀施镀过程中镀层表面会产生很多氢气泡，这层气泡不断依附在镀层表面，会降低镀层的结合力，镀层的晶粒也容易粗大，不够致密，易出现缺陷，在一定程度上限制了其应用。

本发明的目的在于提供一种低温节能，能提高镀层硬度、耐蚀性的节能型超声辅助316L不锈钢化学镀镍磷合金的方法，该方法将单一的能量输入变更为多种能量输入，在化学镀的过程中加超声波辅助，可以显著的降低工艺温度，节能降耗；另外，超声波的空化振荡作用，使得镀层的镍磷组织更加致密均匀，明显改善了镀层的质量。

本发明的目的是这样实现的：

经前处理的316L不锈钢试件在常规化学镀的环境下预镀镍磷10min，然后在4.8～5.2的镍磷镀液进行超声辅助化学镀镍磷2h，所述超声化学镀镍磷镀液的温度控制在70～75℃，化学镀过程中加酸洗过的铁丝进行诱发活化，20min后取出铁丝。

所述超声化学镀镀液配方为：主盐：硫酸镍：20～30g/L；还原剂：次亚磷酸钠：15～25g/L；络合剂：柠檬酸钠：10～20g/L；缓冲剂：乙酸钠：15g/L；稳定剂：硫脲3mg/L。超声辅助化学镀中超声参数为频率40kHz，功率180W。所述前处理过程包括除油，除锈，活化。除油过程采用60g/L的NaOH溶液，在60～70℃的环境下碱洗15～20min，然后放入超声清洗器中清洗5～10min。酸洗过程采用1:1盐酸溶液，酸洗1min。活化配方：10％的硝酸和5％ 的氟化铵混合溶液，在60℃的恒温水浴中活化3～5min至不锈钢试件表面变成黑灰色，然后放入超声清洗装置中，利用超声的振荡作用去除试件表面的活化产物。

本发明通过在常规化学镀环境下，对处理好的316L不锈钢表面进行预镀镍磷10min，然后进行超声辅助化学镀，可以获得致密均匀的镍磷镀层，镀层耐蚀性和硬度也明显提高。

本发明的优点在于：首先，通过预镀与超声辅助化学镀结合的方法可以在较快的镀速下获得致密均匀的镀层，镀层的硬度、耐蚀性明显提高；其次，在超声辅助化学镀时，镀液温度可以控制在75℃，较普通化学镀镀液温度明显降低，实现了节能降耗。

附图说明

图1为超声辅助化学镀镍磷合金工艺流程图。

图2(a)-图2(c)为不同试件的金相图，其中图2(a)为裸钢金相图，图2(b)为常规化学镀镀层金相图，图2(c)为超声辅助化学镀镀层金相图。

图3(a)-图3(b)为不同试件的电镜扫描图，其中图3(a)为裸钢电镜扫描图，图3(b)为常规化学镀镀层电镜扫描图，图3(c)为超声辅助化学镀镀层电镜扫描图。

图4为常规化学镀/超声辅助化学镀镍磷镀层的极化曲线。

图5为常规化学镀/超声辅助化学镀镍磷镀层的硬度图及400℃热处理后的硬度图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

将制备好的316L不锈钢试件用金相砂纸打磨至表面光亮，无明显的划痕，用蒸馏水冲洗干净，放到60g/L的氢氧化钠溶液中，在60℃的恒温水浴中碱洗15min，然后进行超声清洗5min。用蒸馏水洗净之后在1:1的盐酸溶液中进行酸洗除锈，时长1min。然后在10％的硝酸和5％的氟化铵混合溶液进行活化，在60℃的恒温水浴中活化3～5min。将处理好的试件在常规化学镀的环境下进行镀镍磷2h。常规化学镀过程中加酸洗过的铁丝进行诱发活化，20min后取出铁丝。常规化学镀的环境为：90℃恒温水浴，pH:4.5～5；镀液配方为：主盐：硫酸镍：20～30g/L；还原剂：次亚磷酸钠：15～25g/L；络合剂：柠檬酸钠：10～20g/L；缓冲剂：乙酸钠：15g/L；稳定剂：硫脲3mg/L。获得常规化学镀镀层。

实施例2

将制备好的316L不锈钢试件用金相砂纸打磨至表面光亮，无明显的划痕，用蒸馏水冲洗干净，放到60g/L的氢氧化钠溶液中，在60℃的恒温水浴中碱洗15min，然后进行超声清 洗5min。用蒸馏水洗净之后在1:1的盐酸溶液中进行酸洗除锈，时长1min。然后在10％的硝酸和5％的氟化铵混合溶液进行活化，在60℃的恒温水浴中活化3～5min至不锈钢试件表面变成黑灰色，然后放入超声清洗装置中，利用超声的振荡作用去除试件表面的活化产物。将处理好的试件在常规化学镀的环境下进行预镀镍磷10min。常规化学镀的环境为：90℃恒温水浴，pH:4.5～5；镀液配方为：主盐：硫酸镍：20～30g/L；还原剂：次亚磷酸钠：15～25g/L；络合剂：柠檬酸钠：10～20g/L；缓冲剂：乙酸钠：15g/L；稳定剂：硫脲3mg/L。最后进行超声辅助化学镀在75℃的镀液中，施镀2h，pH为4.8～5.2。镀液配方为：主盐：硫酸镍：20～30g/L；还原剂：次亚磷酸钠：15～25g/L；络合剂：柠檬酸钠：10～20g/L；缓冲剂：乙酸钠：15g/L；稳定剂：硫脲3mg/L。超声辅助化学镀中超声参数为频率40kHz，功率180W。化学镀过程中加酸洗过的铁丝进行诱发活化，20min后取出铁丝。即可获得致密均匀、耐蚀性好、硬度高的镀层。

图1为超声辅助不锈钢化学镀镍磷合金的工艺过程，包括除油，除锈，活化，预镀以及超声辅助化学镀。图2为裸钢、常规化学镀镍磷镀层和超声辅助化学镀镍磷镀层的金相图，从图2可以看出，图2(a)所示为裸钢表面，划痕清晰可见；图2(b)常规化学镀镀层的表面不均匀，散落着大小不一的镍磷晶胞；图2(c)为超声镀层，镀层中晶胞大小一致，较图2(b)更加致密均匀。图3为裸钢、常规化学镀镍磷镀层和超声辅助化学镀镍磷镀层的电镜扫描图，图3(a)裸钢表面可见清晰的划痕，图3(b)常规化学镀镀层表面局部光滑平整，但在镍磷晶胞不完整的地方有基体裸露；图3(c)中超声化学镀镀层的表面平整，晶胞更加细小，未见缺陷；图4为裸钢、常规化学镀镍磷和超声辅助化学镀镍磷的在盐酸中的极化曲线，从图中可以看出，超声镀层较裸钢自腐蚀电位正移120mV，自腐蚀电流比裸钢小一个数量级，表现出了更好的耐蚀性。图5为基体、常规化学镀镍磷合金镀层、超声辅助化学镀镍磷镀层的硬度图，以及400℃热处理后的硬度图，从图中可以看出化学镀镍磷后的硬度大大提高了，而且超声辅助化学镀后的硬度提高更明显。经不同温度的热处理后，基体硬度变化不大，超声化学镀镀层硬度增加明显，在400℃热处理之后，硬度能达到871HV。综上所述表明了通过超声波辅助及合适的前处理过程，在温度较低的情况下，可以在不锈钢表面镀覆一层致密均匀的、硬度高的镍磷镀层，耐蚀性大大提高，而且能够节能降耗。