专利名称：一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法
技术领域：
本发明涉及一种渗透化学镀的方法，尤其涉及一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法。
背景技术：
管状工件如输油管道、汽车汽缸套以及枪管、炮管与鱼雷发射管等在恶劣环境下工作，极易腐蚀与受热变形，导致其使用寿命的降低。此外，随着社会的发展以及国际形势的变化，对管状工件的服役环境与使用性能提出了更高的要求。因此，对管状工件的内壁进行快速且有效的强化是一项亟待解决的课题。目前，对管状工件进行内壁强化常用的方法有电镀(谢洪波，张来祥.方形管状件内壁电镀硬铬，电镀与环保，2004J4 (6) :20-22)、离子注入(杨思泽，张谷令，刘赤子.一种管状工件内表面改性的方法及其专用装置，授权公告号CN1209491C)、激光相变硬化(曾晓雁，胡乾午，王泽敏.一种用于管状工件内壁激光处理的加工装置，授权公告号 CN1271223C)等。但是，对于大型的管状工件，电镀过程中会形成电力线分布不均勻，导致镀层厚度不一致甚至有些地方不能形成电镀层等问题；离子注入的工艺复杂且设备昂贵，阻碍了其在工业中的广泛应用；激光相变硬化虽然工艺简单、自动化程度高，但是需要专用的导光与加工装置，设备的通用性不强，而且安装和拆卸不方便，导致加工效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，采用该方法可以高效地在管状工件的内壁制备强化相颗粒在镀层内均勻分布，含量可控、可调且最高可达90vol. %的复合镀层，其表面硬度达60 - 80HRC，且具有优异的耐磨、耐蚀与抗高温氧化性能。因此，该方法克服了传统电镀、化学镀层内强化相颗粒含量低、分布不均勻以及与基体结合力低的缺点，具有操作方便、加工效率高、成本低廉等优点。本发明是这样来实现的，方法步骤为
(1)对管状工件内外表面进行前处理，主要包括以下工艺喷砂或抛光、除油、浸蚀与弱浸蚀；
(2)在管状工件的外表面采用高压无空气喷涂的方法涂覆一层保护胶；
(3)采用喷涂或滚涂的方法使强化相颗粒在渗透膜表面的分布密度为2 90%，然后将渗透膜放置在管状工件的内表面；
(4)在配制好镀液的镀槽中进行渗透化学镀；
(5)渗透化学镀完之后去除管状工件外表面的保护胶。强化相颗粒均勻分布于化学镀层内，含量最高可达90 vol. %且可调、可控。在进行所述的步骤(2)时，采用的高压无空气喷涂的方法附带有加热功能，可以将保护胶加热到7(T90°C，便于保护胶的干燥，其中，涂覆的保护胶可以为氯丁胶、丁苯胶与丁基胶，涂覆的厚度为0. 2^0. 4mm。
在进行所述的步骤(3)时，强化相颗粒均勻分布于渗透膜表面，分布密度为 2 90%，粒径为5nnT80Mffl，且位于渗透膜与基材之间。进行所述的步骤(3)时，渗透膜材质可采用有机膜如纤维素与聚酰胺，也可采用无机膜如&02、Al2O3与TW2陶瓷膜；渗透膜孔径为3nnT50Mffl ；渗透膜的厚度为0. lMflT2mm。在进行所述的步骤(3)时，强化相颗粒可以为氧化物如与Al2O3，碳化物如 SiC, WC与TiC，硼化物如TiB2与0 ，硅化物如MoSi2与FeSi，金属间化合物如FeAl、NiAl 与TiAl，以及金刚石、碳纳米管。在进行所述的步骤(4)时，配制好的镀液为化学镀镍液，其配方为硫酸镍20 -40g/L，醋酸 8 - 15g/L，次亚磷酸钠 5 — 15g/L，pH 值 4 一 6，温度 80 — 90°C。在进行所述的步骤(5)时，用甲苯、醋酸乙酯、丙酮体积比为1:1:1的混合溶液去除管状工件外表面的保护胶。本发明的优点(1)采用该方法可以在管状工件内壁制备强化相颗粒含量高达 90vol. %且分布均勻的复合镀层，其表面平整、光亮，无需再加工与抛光处理；(2)渗透化学镀过程中对工件尺寸无限制，安装与拆卸方便，工件无变形，操作方便，加工效率高；(3)强化相颗粒与基体的结合力高，复合镀层表面硬度达60 - 80HRC，无气孔与无裂纹且具有优异的耐磨、耐蚀与抗高温氧化性能。
图1为本发明的一种管状工件内壁渗透化学镀强化方法的装置示意图。图2为本发明的强化相颗粒均勻分布于渗透膜表面的示意图。图3为本发明的强化相颗粒、渗透膜、基材与保护胶的相对位置示意图。
具体实施例方式实施例1
采用渗透化学镀在25Cr3Mo3NiNb管状工件表面制备Ni-SiC复合镀层，该复合镀层的厚度为1mm，平均粒径为20 μ m的强化相SiC颗粒在复合镀层内的含量为60vol. %。本实施例的实施过程为，如图1、图2与图3所示。(1)管状工件内外表面的前处理。将25Cr3Mo3NiNb管状工件5的表面进行喷砂或抛光、除油、浸蚀与弱浸蚀处理；
(2)在25Cr3Mo3NiNb管状工件5的外表面采用高压无空气喷涂的方法涂覆一层厚度为 0. 35mm的氯丁胶2，然后在90°C对氯丁胶2进行干燥；
(3)采用喷涂或滚涂的方法使平均粒径为20μ m的强化相SiC颗粒8在渗透膜9表面的分布密度为50%，然后将渗透膜9放置在25Cr3Mo3NiNb管状工件5的内表面，其中渗透膜 9的孔径为30 μ m,厚度为0. 2Mffl,材质为无机Al2O3陶瓷膜，结构采用卷式；
(4)将粘附有Al2O3陶瓷膜9(其表面分布有强化相SiC颗粒8)的25Cr3Mo3NiNb管状工件5放置于安装有恒温水浴埚3的化学镀槽6内进行渗透化学镀。化学镀镍液10的配方为硫酸镍30g/L，醋酸8g/L，次亚磷酸钠10g/L，pH值4. 5。另外，温度计1测量化学镀槽6内化学镀镍液10的温度，加热器4对恒温水浴埚3内的蒸馏水7进行加热，并使化学镀槽6内化学镀镍液10的温度为85°C。
4
(5)采用甲苯、醋酸乙酯、丙酮的等体积比混合溶液去除25Cr3Mo3NiNb管状工件5 外表面的氯丁胶2。实施例2
采用渗透化学镀在30CrNi2MoVA管状工件表面制备Ni-金刚石复合镀层，该涂层的厚度为0. 5mm，其中平均粒径为IOnm的强化相金刚石颗粒在复合镀层内的含量为90vol. %。本实施例的实施过程为，如图1、图2与图3所示。(1)管状工件内外表面的前处理。将30CrNi2MoVA管状工件5表面进行喷砂或抛光、除油、浸蚀与弱浸蚀处理；
(2)在30CrNi2MoVA管状工件5的外表面采用高压无空气喷涂的方法涂覆一层厚度为 0. 2mm的丁苯胶2，然后在80°C对丁苯胶2进行干燥；
(3)采用喷涂或滚涂的方法使平均粒径为IOnm的强化相金刚石颗粒8在渗透膜9表面的分布密度为90%，然后将渗透膜9放置在30CrNi2MoVA管状工件5的内表面，其中渗透膜 9的孔径为18nm，厚度为0. lMm，材质为无机^O2陶瓷膜，结构采用卷式；
(4)将粘附有^O2陶瓷膜9(其表面分布有强化相金刚石颗粒8)的30CrNi2MoVA管状工件5放置于安装有恒温水浴埚3的化学镀槽6内进行渗透化学镀。化学镀镍液10的配方为硫酸镍35g/L，醋酸6g/L，次亚磷酸钠14g/L，pH值5。另外，温度计1测量化学镀槽6 内化学镀镍液10的温度，加热器4对恒温水浴埚3内的蒸馏水7进行加热，并使化学镀槽 6内化学镀镍液10的温度为80°C。(5)采用甲苯、醋酸乙酯、丙酮的等体积比混合溶液去除30CrNi2MoVA管状工件5 外表面的丁苯胶2。
权利要求
1.一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是方法步骤为(1)对管状工件内外表面进行前处理，主要包括以下工艺喷砂或抛光、除油、浸蚀与弱浸蚀；(2)在管状工件的外表面采用高压无空气喷涂的方法涂覆一层保护胶；(3)采用喷涂或滚涂的方法使强化相颗粒在渗透膜表面的分布密度为2 90%，然后将渗透膜放置在管状工件的内表面；(4)在配制好镀液的镀槽中进行渗透化学镀；(5)渗透化学镀完之后去除管状工件外表面的保护胶。
2.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是强化相颗粒均勻分布于化学镀层内，含量最高可达90 vol. %且可调、可控。
3.3.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是在进行所述的步骤(2)时，采用的高压无空气喷涂的方法附带有加热功能，可以将保护胶加热到 7(T90°C，便于保护胶的干燥，其中，涂覆的保护胶可以为氯丁胶、丁苯胶与丁基胶，涂覆的厚度为 0. 2^0. 4mm。
4.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是在进行所述的步骤(3)时，强化相颗粒均勻分布于渗透膜表面，分布密度为2 90%，粒径为 5nm^80Mfli,且位于渗透膜与基材之间。
5.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是在进行所述的步骤(3)时，渗透膜材质可采用有机膜如纤维素与聚酰胺，也可采用无机膜如&02、 Al2O3与TW2陶瓷膜；渗透膜孔径为3nnT50Mffl ；渗透膜的厚度为0. lMflT2mm。
6.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是在进行所述的步骤(3)时，强化相颗粒可以为氧化物如^O2与Al2O3，碳化物如SiC、WC与TiCJI 化物如TW2与CrB2，硅化物如MoSi2与!^eSi，金属间化合物如i^eAl、NiAl与TiAl，以及金刚石、碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是在进行所述的步骤(4)时，配制好的镀液为化学镀镍，其配方为硫酸镍20 — 40g/L，醋酸8 — 15g/ L，次亚磷酸钠5 - 15g/L，pH值4 一 6，温度80 — 90°C。
8.根据权利要求1所述的一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，其特征是在进行所述的步骤(5)时，用甲苯、醋酸乙酯、丙酮体积比为1:1:1的混合溶液去除管状工件外表面的保护胶。
全文摘要
本发明公开了一种管状工件内壁渗透化学镀强化的方法，方法步骤为(1)对管状工件内外表面进行处理；(2)喷涂一层保护胶；(3)然后将渗透膜放置在管状工件的内表面；(4)在配制好镀液的镀槽中进行渗透化学镀；(5)渗透化学镀完之后去除管状工件外表面的保护胶。本发明的优点是(1)强化相颗粒在镀层内分布均匀且最高含量可达90vol.%；(2)复合镀层具有优异的耐磨性能，表面硬度可达65－80HRC，耐盐雾试验达30－9000小时，在高温1000℃时连续工作达3000小时；(3)表面平整、光亮，无需再加工；(4)管状工件尺寸不受限制，渗透化学镀的过程中不变形；(5)采用该方法还可以在镀层内实现纳米强化相颗粒的均匀分布，其含量可控，无需搅拌，装卸方便，加工效率高。
文档编号C23C18/04GK102400114SQ20111035226
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者刘德强, 周圣丰, 戴晓琴 申请人:南昌航空大学