专利名称:一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法
技术领域:
本发明利用激光热效应对化学镀Ni-P镀层进行晶化处理,使其物相由非晶态向晶态转变,析出Ni3P硬化相,提高 镀层硬度和耐磨性能,属于材料表面改性处理领域。
背景技术:
ZL113是一种Al-Si-Cu系的压铸铝合金,因其具有密度低、强度高、塑性好等优点,广泛地应用于缸盖、缸体类和阀体等压铸件制造,由于ZL113铝合金硬度较低,只有80HB,严重地影响铝合金压铸件的使用性能和寿命;为了提高ZL113表面硬度和耐磨性能,通常需要将铝合金进行表面强化处理;化学镀Ni-P合金镀层具有较高的硬度、耐磨性能和抗腐蚀性能,被广泛应用于铝合金的表面改性处理中;为了进一步提高镀层的硬度和耐磨性能,一般要对Ni-P合金镀层进行晶化热处理,目前Ni-P镀层晶化热处理方法主要有退火、机械研磨、离子束轰击等;采用退火处理虽然可得到最大硬度,但会造成基体的软化现象,通过机械研磨处理方法对Ni-P镀层进行原位机械处理,能够使Ni-P镀层晶化,并产生预期的压应力,但会产生裂纹或孔洞,使镀层耐蚀性有所降低,采用离子束轰击技术可以使高能离子将能量传递给镀层原子,引起联级碰撞与热峰效应,增加原子迁移率和激活能力,有助于提高晶化率;目前,采用离子束轰击加热退火或回火一般采用离子辉光放电技术,其升温速率较快,瞬时使镀层和基体温度升高,且温度难以控制,容易破坏基体,如果采用离子源直接对镀层表面轰击,产生的温升很低,达不到晶化处理的目的;本发明专利通过激光热效应对镀态下Ni-P镀层进行晶化处理,晶化后镀层表面平整光滑、晶粒细小、无裂纹,且只在非晶态镀层表面产生热效应,对基体不会造成显著的升温,影响基体的机械性能,对于提高Ni-P镀层的耐磨性具有重要的工程应用意义。
发明内容
本发明专利采用激光热效应对Ni-P镀层表面进行晶化处理,通过镀层对激光能量的吸收和热扩散,引起物体边界上和内部的热流运动,在350-400°C内产生固相晶化反应,弥散析出的Ni3P相,使镀层硬度由340-350HV提高到490-505HV。本发明特征在于利用激光作为热源,Ni-P镀层吸收激光的能量,温度可以精确控制。在激光热辐射处理过程中,在350°C时Ni3P相开始形成,由于Ni3P相的形成造成P含量降低,故Ni3P相的进一步生成是依靠周围P原子的扩散来补充,镀层表面激光高能密度加快了 P原子的扩散速率,在400°C时Ni3P相又重新生成,其在XRD谱线上表现为Ni3P特征峰更趋于明显。而对于单质镍,在整个热处理过程中,其结晶度是随温度提高和时间延长而不断的得到完善。
图I镀态下Ni-P镀层表面与界面形貌;
图2晶化处理后Ni3P相的形成;图3 Ni-P镀层XRD分析;
图4镀层磨损后形貌。
具体实施例方式(I)试样材料为ZL113铸态铝合金板料,其化学成分为Si O. 25,Cu O. 10,Mg2. 5,其余为Al元素;化学镀Ni-P工艺流程砂纸打磨一乙醇除油一碱洗一水洗一浸锌—水洗一碱性化学镀一水洗一酸性化学镀一水洗吹干,浸锌作为前处理工艺,使得表面氧化膜被浸锌层替代,在室温下进行,溶液组成120g/L ZnO, 500g/L NaOH, lg/L FeCl,15g/L KNaC4H4O5,浸锌时间为40_50s,酸性化学镀Ni-P主要原料为硫酸镍(30g/L)、次亚磷酸钠(30g/L)和柠檬酸钠(20g/L),用乙酸钠(20g/L)调节pH至5. 0,控制镀槽温度为75°C_80°C,时间为lh,在酸性溶液中,残余的锌溶解,Ni-P镀层便沉积在铝合金表面;镀层表面、界面形貌如图I (a)和(b)所示。
(2)晶化处理设备为RS2000SM型工业二氧化碳激光器,工艺参数激光功率为650W,光斑直径Φ2πιπι,重叠率为50%,扫描速度为O. 5m/min,保护气体为氩气,控制晶化温度350-400°C,晶化处理后Ni-P镀层中形成了 Ni3P相,其表面形貌如图2所示,图中出现的黑点为Ni3P相。(3)镀态下Ni-P镀层只有Ni的单衍射峰,这表明镀层沉积是具有方向性,为非晶态物相,如图3 (a)所示,晶化处理后Ni-P镀层形成金属间化合物Ni3P物相,如图3 (b)所示,使镀层显微硬度由镀态时340-350HV提高到490-505HV。(4)摩擦磨损试验仪器为HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机,在500g载荷下,镀态下Ni-P镀层磨痕较深且粗宽,磨损比较严重,磨损量较大,如图4 (a)所示,晶化处理后Ni-P镀层磨痕变得很细浅,如图4 (b)所示,磨损率减少45%,这说明经晶化处理后形成的Ni3P硬质相,使镀层耐磨性能得到了改善。
权利要求
1.一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法,包括对ZLl 13铝合金进行化学镀形成Ni-P镀层的步骤和对Ni-P镀层进行晶化处理的步骤,其特征在于对Ni-P镀层进行晶化处理的步骤为利用激光作为热源,对Ni-P镀层表面进行晶化处理,通过镀层对激光能量的吸收和热扩散,引起物体边界上和内部的热流运动,控制晶化温度为350-400°C,产生固相晶化反应,弥散析出的Ni3P相,使镀层硬度由340-350HV提高到490-505HV。
2.如权利要求I所述的一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法,其特征在于所述激光的工艺参数为激光功率为650W,光斑直径Φ 2mm,重叠率为50%,扫描速度为O. 5m/min,保护气体为IS气。
3.如权利要求I所述的一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法,其特征在于所述对ZL113铝合金进行化学镀形成Ni-P镀层的步骤为砂纸打磨、乙醇除油、碱洗、水洗、浸锌、水洗、碱性化学镀、水洗、酸性化学镀和水洗吹干,浸锌作为前处理工艺,使得表面氧化膜被浸锌层替代,在室温下进行,溶液组成120g/L ZnO, 500g/L NaOH, lg/L FeCl,15g/L KNaC4H4O5,浸锌时间为40_50s ;酸性化学镀Ni-P主要原料为硫酸镍(30g/L)、次亚磷酸钠(30g/L)和柠檬酸钠(20g/L),用乙酸钠(20g/L)调节pH至5. 0,控制镀槽温度为750C -80°C,时间为lh,在酸性溶液中,残余的锌溶解,Ni-P镀层便沉积在铝合金表面。
全文摘要
一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法,属于材料表面改性处理领域。本发明利用激光热效应对化学镀Ni-P镀层进行晶化处理,使其物相由非晶态向晶态转变,析出Ni3P硬化相,提高镀层硬度和耐磨性能,属于材料表面改性处理领域。其特征在于利用激光作为热源,Ni-P镀层吸收激光的能量,温度可以精确控制。在激光热辐射处理过程中,在350℃时Ni3P相开始形成,由于Ni3P相的形成造成P含量降低,故Ni3P相的进一步生成是依靠周围P原子的扩散来补充,镀层表面激光高能密度加快了P原子的扩散速率,在400℃时Ni3P相又重新生成,其在XRD谱线上表现为Ni3P特征峰更趋于明显,而对于单质镍,在整个热处理过程中,其结晶度是随温度提高和时间延长而不断的得到完善。
文档编号C23C18/32GK102877045SQ20121038085
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者孔德军, 王文昌, 吴永忠, 付贵忠, 陈建栋, 龙丹, 张垒 申请人:常州大学