摘要：利用化学镀技术，在木材加工用硬质合金圆锯片上制备了Ｎｉ－Ｐ合金镀层，通过ＸＲＤ、中性盐雾实验和显微硬度分析等手段，对镀层的组织特征、热稳定性、耐蚀性及硬度等进行了分析。锯片的切割实验表明，Ｎｉ－Ｐ合金镀层具有均匀致密、硬度高、耐磨性高、减摩擦、耐蚀性好等特性。 关键词：化学镀；Ｎｉ－Ｐ；热稳定性；硬度；耐蚀性 中图分类号：ＴＧ３３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４４６２（２００６）０８－００２４－０３ 化学镀复合镀层是近年来发展起来的一种新的表面技术，是一种通过镀覆来制造复合材料的方法，它的出现被誉为功能镀层发展史上的一个里程碑，也成为当今改善材料表面摩擦性能的有效方法。 化学镀镍是化学镀中应用最为广泛的镀种，它可用于钢铁、铜及其合金等金属材料或陶瓷和塑料等非金属材料上的镀覆，具有镀层厚度均匀、结晶细致、耐蚀性好等优点，应用极为广泛。以次磷酸盐作还原剂制备镍磷复合镀层也已经成为重要的工艺手段，在许多工程技术领域中作为电磁屏蔽层、硬磁盘底镀层、半导体表面功能镀层和耐磨层，具有广泛的工程应用价值，如摩托车的减振筒、抽油泵柱塞、阀门石油套管等，在很多方面取代了电镀硬铬。但目前国内外将镍磷复合镀层用于木工刀具的表面处理还不多见，只在极少数的企业有少量应用，主要是因为化学镀溶液稳定性较差，溶液的维护调整比较麻烦，材料费用高。 木工锯片常用的几种表面处理方法是涂防锈油、喷涂特氟龙涂料及电镀铬，最常用的是涂防锈油。在这里借助多种分析手段，研究了锯片上的Ｎｉ－Ｐ合金镀层的热稳定性、耐蚀性及减摩性，并与带有硬膜油膜的锯片进行比较，以使这种功能镀层在工程应用上得以普及。 １实验方法 本实验采用刨花板专用锯片作为Ｎｉ－Ｐ化学镀的基材，锯片的基体材质是６５Ｍｎ。锯片经除油、碱洗、流动水洗、酸洗、化学镀、水洗、吹干等工艺过程，并按表１的镀液配方及操作条件制备而成。其中Ｎｉ－Ｐ镀层对应的缓冲剂为ＮａＡｃ。 采用配备能谱分析仪ＪＳＭ－５９０的ＳＥＭ、ＸＲＤ和ＥＤＳ对镀层的组织特征和成分进行分析
测试镀层硬度时采用６３１型显微硬度机对每个试样两面不同部位的多个点进行测试，取平均值。 采用中性盐雾试验方法考核镀层的耐蚀性能，其溶液为５％的ＮａＣｌ，ｐＨ值为６．５￣７．２，连续喷雾８ｈ，间隔１６ｈ，２４ｈ为一周期，温度为（３５±１）℃，实验时间为１２０ｈ；对比耐蚀试样为未作施镀处理的Ｑ２３５钢基体、６５Ｍｎ钢基体和７５Ｃｒ１基体锯片。 同种锯片分别采用化学镀Ｎｉ－Ｐ镀层和涂防锈油处理后，进行锯片切割实验对比，实验在胜芳某家具厂进行。实验设备如下：推台锯或摇臂锯；电机功率４ｋＷ，主锯转速５０００ｒ／ｍｉｎ；锯片规格为高档专业锯片１２＂（３００）×９６Ｔ，齿型为梯平齿，配以划线锯使用。切割材料为三聚氢胺双贴面刨花板裁边，切割厚度为１．８ｃｍ。 ２结果及分析 ２．１Ｎｉ－Ｐ化学镀层的成分及组织特征 图１为Ｎｉ－Ｐ原始镀层的ＸＲＤ分析结果。由此可见化学镀层致密均匀，为胞状结构，且为非晶态；镀层中的Ｎｉ、的质量分数分别为８９．４６％和１０．５４％。
图１Ｎｉ－Ｐ化学镀层表面形貌和能谱 ２．２镀层和涂防锈油的油膜热稳定性分析 镀层的ＤＳＣ分析结果表明，非晶态Ｎｉ－Ｐ镀层仅在３５７℃附近有一强的放热峰，而图２的ＸＲＤ图谱表明在热处理晶化过程中仅发生非晶相向热力学稳定的Ｎｉ３Ｐ相转变，因此可认为放热峰是由非晶相向Ｎｉ３Ｐ相转变而引起的，即Ｎｉ－Ｐ的晶化转变温度为３５７℃。另外，非晶态Ｎｉ－Ｐ镀层在３００℃保温４５ｍｉｎ、４００℃温３０ｍｉｎ或５００℃保温１５ｍｉｎ时会发生非晶相向Ｎｉ３Ｐ相的转变。
图２Ｎｉ－Ｐ镀层在不同温度下保温６０ｍｉｎ的ＸＲＤ图谱 在切割过程中锯片基体温度升高，锯片表面的防锈油膜开始变软发黄，随着温度的升高，逐渐炭化、发脆，并且与木板内的胶粘接在一起，糊在锯片表面，锯片与被切割物之间摩擦系数增大，摩擦力增加，引起锯片变形，形成恶性循环，阻碍切割。 ２．３有镀层和无镀层的基体硬度及耐磨性比较 图３是镀层经不同温度、不同时间热处理后的硬度变化曲线。可见，经２００℃、３００℃相同条件热处理的硬度变化是随着热处理时间的延长，镀层硬度缓慢增加。其主要原因是低温热处理主要是提高镀层与基体的结合力，减少镀层气孔并降低残余应力。而在３００℃热处理后硬度提高的另一个原因是保温一段时间后镀层发生晶化，析出的Ｎｉ３Ｐ对镀层起沉淀强化作用。经４００℃热处理硬度变化规律是随热处理时间的延长镀层硬度先增高然后降低。在４００℃保温６０ｍｉｎ后，硬度达到最高值ＨＶ９８１．１，而未施镀的６５Ｍｎ基体热处理硬度通常为ＨＶ４００￣５００。硬度的变化可从镀层在晶化过程中的结构变化中得到解释，随保温时间的延长，镀层经历非晶态、晶态到晶粒聚集长大的过程。
图３经不同温度热处理Ｎｉ－Ｐ镀层硬度的变化 因镀层硬度高，摩擦系数比一般钢铁和不锈钢表面都小，在无润滑剂条件下，对钢的摩擦系数为０．３８，本身的摩擦系数为０．４５，可有效减少摩擦损耗。 ２．４耐蚀性比较 经中性盐雾实验测定，Ｑ２３５钢基体和Ｎｉ－Ｐ镀层腐蚀速率分别为５７５．４１和２３．８６ｍｇ／（ｍ２·ｈ），Ｎｉ－Ｐ镀层的盐雾试验时间多于７２ｈ。在高温中性和非氧化性无机和有机氯化物、高温氯化氢气体、氟化物等介质中都具有十分优良的耐蚀性能，在有些介质中抗腐蚀性能优于哈氏合金Ｂ，不亚于蒙耐尔合金，胜于通常使用的金属镍和奥氏体不锈钢。在海水（３．５％盐）中腐蚀速率为１￣２μｍ／ａ，在海水（３．５％盐、ＣＯ２饱和）中腐蚀速率为３￣５μｍ／ａ，腐蚀速率远远小于７５Ｃｒ１基体、Ｑ２３５钢基体和６５Ｍｎ钢基体。Ｎｉ－Ｐ镀层经２００℃热处理，其腐蚀速率随热处理时间的延长而减小，另外镀态合金中磷含量高，在腐蚀介质中易在表面生成稳定的玻璃质合金钝化膜，也对材料起保护作用。 ２．５切割效果比较 双面刨花板裁边，分别用两种方法处理后的锯片在同样条件下切割效果见表２。
②镀层的热稳定性高于涂硬膜防锈油的油膜。 ③镀层的硬度高于未施镀的基体硬度。 ④镀层的腐蚀速率小于未施镀的基体。 ⑤施镀后锯片切割时平稳，镀层具有自润滑、减摩擦、散热性好等特点，切割质量高，寿命长，具有较高的推广价值。 参考文献： ［１］李宁，屠振密．化学镀实用技术［Ｍ］．化学工业出版社，２００４． ［２］钱维平，赵崇恭．表面镀覆新技术工艺指南［Ｍ］．青岛：青岛出版社，１９９３． ［３］蒋晓霞，沈伟．化学镀理论与实践［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０００． ［４］高进，孙金厂，崔明铎．Ｎｉ－Ｐ合金化学镀非晶态合金的耐蚀性研究［Ｊ］．表面技术，２００１，３０（５）：３６－３８． ［５］顾正彬，李延祥，李恒杰．热处理对化学沉积Ｎｉ－Ｐ、 Ｎｉ－Ｃｏ－Ｐ合金组织及耐蚀性的影响［Ｊ］．材料开发与应用，１９９８，１３（６）：１－６． ［６］高诚辉．铁－镍－磷合金电沉积及其摩擦学行为［Ｄ］．北京：机械科学研究院，１９９０．
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