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化学镀镍设备应用广泛

阅读量:224 发布日期:2018-06-06 14:20:07

化学镀镍设备应用广泛

众所周知,化学镀层以其优异的性能,越来越多地赢得了人们的信任,它的应用范围也覆盖了工业生产的各个领域,虽然它在国内从早期的研究到工业化应用只走了十几年的路程,但是发展速度是惊人的,其潜在的发展空间也是巨大的,随着我们国家工业的发展、各项工业基础的健全,人们对化学镀镍更加全面的认识以及全民环保意识的加强,未来几年,化学镀必然迎来其高速发展的又一个春天,我们这些站在化学镀应用最前沿的工程技术人员有责任也有义务把我们这项民族产业更好、更快的发展起来。

化学镀镍的工业应用主要围绕着它的几大特点:

1. 均镀、深镀能力(也就是对各种几何形状,尤其是深孔、盲孔工件的表面镀覆,主要针对其无孔不入的特点);

2.优异的防腐性能(也就是化学镀层非晶态的特点,特别是在油田化工设备、海洋、岸基设备等上的镀覆);

3. 良好的可焊性(尤其是对在镀层表面进行锡焊的工件的镀覆);

4. 高硬度与高耐磨性能(主要是对汽配、摩配、各种轴类、钢套、模具的表面镀覆);

5.电磁屏蔽性能(主要对计算机硬盘、飞机接插件等电子元器件的表面镀覆);

6.适应绝大多数金属基体表面处理的特性(主要对铝及铝合金、铁氧体、钕铁硼、钨镍钴等特殊材料的表面镀覆);

另外就是化学镀镍大规模应用的低成本,操作简便性,清洁生产的环境效应。我想环境效应这一点是非常重要的。资源对我们来说是宝贵的,在我国可持续发展的战略指导和节能、减排创造低碳和谐社会的大方针下,未来几年化学镀镍也将是我们进行大规模工业应用的一张王牌。

从化学镀定义可知,化学镀的前提是基体表面必须具有催化活性,这样才能引发化学沉积反应,另一方面化学镀层本身了必须是化学镀的催化表面,这样沉积过程能持续下去,达到所需要的镀层厚度。化学镀镍本身就是化学沉积反应的催化剂,这是毫无疑问的;然而,需要化学镀镍的基体材料几乎可以是任何一种金属或非金属材料。根据对于化学镀镍过程的催化活性,基体材料可分为以下几类:

第一类  本身具有催化活性的材料;

第二类  无催化活性的材料;

第三类  催化毒性的材料;

对于次磷酸钠化学镀镍液,元素周期表中第VIII族中氢析出反应低超电势的金属:例如铂、铱、铑、钌以及镍,均属于第一类本身具有催化活性的材料。这些金属可以直接化学镀镍。大多数材料属于第二类,无催化活性的材料。这些材料表面不具备催化活性,必须通过在它表面沉积的第一类本身具备催化活性的金属,使这种表面具有催化活性之后才能引发化学沉积。第二类无催化活性材料又可分为三种:

比镍活泼的金属材料 如金属材料浸入化学镀液时,由于置换反应开始在铁表面上沉积镍,成为引发化学镀反应的成核中心,继而使化学镀镍反应在大面积上持续进行。电位比镍负的金属,除铁之外,还有铝、铍、钛等,但是在生产实践中,为获得足够的镀层结合强度,燕不采用像处理铁金属材料那种直接的方式。比镍稳定的金属 如铜、银、金等,这些材料的表面上不可能在镀液中发生置换反应而沉积镍,因此必须通过施加阴极脉冲电流或者使被镀表面与一片比镍活泼的金属接触,以便被镀表面沉积上镍从而引发化学沉积反应。

非金属材料 这些材料必须预先在表面上沉积第一类本身具备催化活性的金属,如浸胶体钯等方法,才能进行化学镀镍。

铅、镉、铋、锑、钼、汞、硫均属于第三类催化毒性材料。

工艺流程:除油→水洗→除锈活化→水洗→热水预热→化学镀镍→水洗→后处理

化学镀镍的用途:

1、航空航天工业

航空航天工业为化学镀镍的使用大户之一,为减轻重量,航空工业大量使用铝合金件,经化学镀镍表面强化后不仅耐蚀、耐磨,而且可焊,如冲程发动机的活塞头经化学镀镍后提高了使用寿命。其他还有钛合金件、铍合金件均采用低应力和压应力的化学镀镍表面保护等措施。

宇航系统广泛使用着金属光镜,其基体为强度高、重量轻的铍或铝,经专用化学镀镍表面强化,如此高的精度在需要低惯性的宇宙空间里,有着卓越的性能。

2、汽车工业

解决使用乙醇、汽油混合燃料问题是汽车工业的发展趋势之一,使用混合燃料,除性能问题之外,还产生了燃油系统的腐蚀问题。在巴西,使用乙醇作为燃料,应用化学镀镍技术保护锌压铸件,如汽化器免遭腐蚀已成为工艺规范。在美国,当广泛用甲醇或甲醇和汽油混合燃料时,汽车工业势必应用化学镀镍作为汽化器、燃油泵送系统的表面保护手段。

差速器行星齿轮是汽车的一个重要零件,镀上25um厚的化学镀镍层以提高耐磨性,有的汽车制造厂在轴上采用聚四氟乙烯复合化学镀镍层工艺,这种复合镀层既有一定的硬度,又兼有好的润滑性能,提高了轴的使用寿命。

汽车工业利用化学镀镍层非常均匀的优点,在形状复杂的零件上,如齿轮、散热器和喷油嘴上采用化学镀工艺保护。镀上10um左右的化学镀镍层的铝质散热器具有良好的钎焊性。齿轮上化学镀后尺寸误差十分容易地保持在±0.3~0.5um。而如果采用电镀工艺,则必须镀后还要进行机加工才能达到合格的工差范围。用在喷油器上的化学镀镍层,可以提供良好的抗燃油腐蚀和磨损性能。

3、化学工业

化学工业应用研究化学镀镍技术代替昂贵的耐蚀合金以解决腐蚀问题,以便改进化学产品的纯度,保护环境,提高操作安全性和生产运输的可靠性,从而获得更有利的技术经济竞争能力。

应用化学镀镍最为量大面广的是阀门制造业。钢铁制造的球阀、闸阀、旋阀、止逆阀和蝶阀等等,经高磷化学镀镍25~75um,可提高耐腐蚀性和使用寿命。化工用泵化学镀镍的效果也同样显着。在苛性碱腐蚀条件下工作的阀门,应采用镀层含磷量1%~2%的低磷化学镀镍。因为在苛性碱腐蚀条件下,低磷化学镀镍层的年腐蚀速率约为2.5um,优于中磷或高磷化学镀镍层。

4、石油天然气

石油和天然气是化学镀镍的重要市场之一,油田采油和输油管道设备广泛地采用化学镀镍技术。典型的石油和天然气工业腐蚀环境为井下盐水、二氧化碳、硫化氢,温度高达170~200℃,并伴有泥沙和其他磨粒冲蚀等等,腐蚀环境相当恶劣。低碳钢油气管道在如此苛刻的条件下,仅有2~3个月的寿命。经过50~100um厚的高磷化学镀镍层保护之后,其腐蚀速率降低到与哈氏合金相当的程度。考虑到耐蚀合金价格昂贵,从性能价格比上讲,碳钢管道采用化学镀镍保护的技术经济性能最好。

5、食品加工业

食品加工业为应用化学镀镍提供了一个巨大的潜在市场;之所以称之为潜在的市场,是因为目前化学镀镍在食品工业的广泛应用中存在着障碍。许多现代的化学镀镍溶液中已经不使用重金属离子作稳定剂了,显然,这个障碍迟早将会被拆除。目前,食品包装机械中不与食品直接接触的零件,如:轴承、辊筒、传送带、液压系统和齿轮等为化学镀镍在食品工业中的典型应用。

在食品加工过程中,会涉及盐水、亚硝酸盐、柠檬酸、醋酸、天然木材的烟薰,挥发性有机酸等腐蚀介质等问题,因此在食品充气装罐机、螺杆送料机、拌料锅、食品模具、烤盘、干燥箱,面包保温炉等食品机械上越多地采用了化学镀镍。

6、采矿工业

采矿工业环境条件恶劣,井下机械不可避免地接触盐水、矿酸,以受腐蚀和磨损的考验。因此,采矿机械需要进行表面保护。在某些露天采矿生产中,例如采选肥料用的磷矿石,要使用高压泵和喷射泵嘴,此时,腐蚀和冲蚀问题相当严重,但耐蚀耐磨的化学镀镍层的应用便可防止机械零件过早损坏。

7、军事工业

化学镀镍技术在军事上得到广泛的应用,突出的例子如航空母舰上飞机弹射机罩和轨道的化学镀镍保护。弹射机的工作环境非常恶劣,飞机发动时的高温气流冲刷轨道,弹射时的巨大的作用力,海洋气候条件的腐蚀,使得弹射系统仅能使用6~12个月。现采用的表面处理工艺是:正确前处理后的弹射机罩,在电镀镍后,化学镀镍100um,然后再电镀镉12.5um,并经铬酸钝化。这样的复合涂覆保护层,具有很好的耐磨和抗微振磨损性能,弹射系统的使用寿命可延长至14~18年,即增加18倍。军用车辆的耳轴多年来一直采用化学镀镍层保护,防止道路泥浆和盐水的腐蚀和磨损。坦克的后视镜用铝材制成,精磨抛光后,化学镀镍作为耐蚀耐磨保护层。技术要求后视镜在可见光谱范围内具有80%的反射率,化学镀镍层容易达到这些光学要求。铝质雷达波导管镀以25um厚的化学镀镍层可防止陆地和海上腐蚀。化学镀镍层的均匀性,能满足各种波导管的技术要求。

8、电子和计算机工业

化学镀镍在电子和计算机工业中应用得最广,几乎涉及到每一种化学镀镍技术和工艺。许多新的化学镀镍工艺和材料正是根据电子和计算机工业发展的需要而研制开发出来的。在技术性能方面,除要求耐蚀耐磨之外,还具有可焊接、防扩散性、电性能和磁性能等要求。

化学镀镍技术在微电子器件制造业中应用的增长十分迅速。据报导施乐公司在超大规模集成电路多层芯片的互连和导通孔(via-hole)的充填整平化工艺中,采用了选择性的镍磷合金化学镀技术;其产品均通过了抗剪切强度、抗拉强度、高低温循环和各项电性能的试验。实践说明,化学镀镍技术的应用提高了微电子器件制造工艺的技术经济性和产品的可靠性。

9、其他工业

注塑机、压铸模等多种型模是机械、轻工行业量大面广的产品。由于模具几何形状复杂,当采用电镀方法对模具表面进行强化时,为了使各个面都能够镀上,必须设计安装复杂的辅助阳极和挂具;而且,还必须要进行镀后机械加工,才能保证尺寸精度和表面粗糙度的要求;而且,化学镀镍层具有较低的摩擦系数和突出的脱模性能,使其成为最为经济有效的模具表面处理技术之一。

某些医疗器械如:外科手术钳、牙科钻和医疗型模等金属制品上已采用化学镀镍层取代原用的电镀铬。

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