钛合金化学镀镍结合力探讨

钛合金化学镀镍结合力探讨 36SURFACETECHNOLOGYYo1.2o1~3I99I表面技术1991年尊20卷舅3期 前言 钛合金化学镀镍结合力探讨 长虹机器制造公司王东石琳 【I_薹】对钛合盒化学镀镍增强结合力的几种作了一些实验.试验结果 表明t墼佳钽适丝工艺是钕及其台金在化学镀镍(镀)前处理生产由既实用又有 效的方法.胶体钯活化工艺适用性广,化学镀镍沉积速度快经热处理扩散大大 提高镀层强度. 关?一?化学镀镍结台力钛台盒 某军用产品零件其材质为TA.的钛合 金,要求其表面化学镀镍2O,2Om. 我们曾用钛合金试片做了许多工艺试验都因 镀层起皮而以失败告终.为此专门对钛合金 表面化学镀镍结合力进行探讨,组织了攻 关,在查阅了大量国内外资料的基础上,拟 定了实验. 钛及其合金比强度高,耐蚀性好,因而 在航空航天技术上的应用日益广泛.但由于 钛件表面存在一层氧化膜,’严重影响了钛件 表面的导电性和化学活性,若在其表面直接 施镀金属层是相当困难的.为了在钛件上容 易地获得结合力强的金属镀层,必须在施镀 之前采取适当的预处理以改善镀层与基体的 结合. 凡处于化学镀镍溶液中的金属表面稳定 电位负于某一电位(一0.60~)便能发生镍 的沉积反应’.而钛件处于各种化学镀镣液 中的表面稳定电位在一l,75,一0.5V之间. 且多数情况下都处于一0.50V左右,从而妨 碍了化学沉积镍反应的发生.我们必须将钛 件表面的氧化膜除去,且保持新鲜表面的稳 定电位低于一0.60V,化学沉积镍的反应才 能在钛件表面上发生.本文试验得出的胶体 钯活化”法即为较理想的前处理方法. 1实验 l,1和试样 本实验选用TA6的圆环状零件作为试 样.其组成为:Ti一5AI即;AI--4,O, 5,5嘧,一余量. l.2工艺流程 镀前处理—?化学镀的预处理—?化学 镀镍(或铜)—?真空热扩散.—+加厚镀处 理—?镀层评定. l,3主要工序说明 l.3.1化学镀的预处理 (1)一般话化法 在如下溶液中进行活化: 氢氟酸(HF)50g/L T(温度)常温 t(时间)30s (2)气体喷丸法: 砂粒粒度l20~180目 喷射压力2,94N4,903×10Pa 喷嘴直径12ram ?本文于1090年l1月27日魄到 王东等 喷射距离20~50mm 喷射角7O. 钛台盒化学镀镍结合力探讨 喷丸时间以均匀去除氧化膜而定,喷丸 后在下述溶液中腐蚀去除喷丸后预镀前重 新生成的氧化膜. 槽液成份及操作条件: NaF5O,60g/L HCI1B5~150g/L HNO370~90g/L T(温度)室温 t(时间)5,3Os (3)胶体淆钯化 将试样在除油后不经喷丸处理丽直接按 (3)中的腐蚀方法,时间延长直6O秒左右腐 蚀,经清洗后于下列溶液中活化: 甲液:PdCl:Ig SnCI2?2HiO2.5g HCl37g 蒸馏水200mL 乙液:Sn:C1j?2H,O60g 锡酸钠7g HC174g 蒸留水50raL 活化后的试样于下列溶液中解胶: NaOH(cp)50g/L T(温度)室温 t(时间)3,5s 1.3.2化学镀镍(或镉): 上述三种方法处理过的试样分别在下述 配方中施镀: (a)NiSO’-7025g/L CH.cH(OH)COOH27g/L C3HeO21.5g/L CCOONa-8H:O12g/L eb(AC):.sO0.00lg/L NaH.POi-2HiO2og/L T(温度)8O? t(时间)5~t0mln pH5,5.1 (b)NISO422glL CCH(OH)CO:H32g/L NaH2P?2HiO24g/L CHjCOONa-3HjO12g/L C3H口2. Ig/L t(时间)5~10min T(温度)82? PH4. 5,4.7 (c)NICIz?6H2O30g/L NH.CI50g/L NaCI5g/L NaaCaOT-214,O100g/L Nail2PO:-2Olog/L t(时间)5~10mln T(温度)82? pH8,9 (d)CO.-5028g/L HCHO12g/L EDTA50g/L NaOH20g/L 稳定剂2oo-4oo(ml/L) t(时间),f0mi~ T(温度)室温(20?以上) pH13~13. 5 1.3.3热扩散 利用现有设备,我们将镀好的试样置于 镀膜尺寸为~800mmx1000ram的DLKD一 8OO型离子镀膜机中进行热扩散(可以选用 任一型的真空热处理炉进行扩散),处理参 数为: 真空度3,5xlOPa 温度400.?10? 保温时间l,1.2h 保温l小时后随炉冷却至接近室温(so? 阻下),然后出炉接下道工序,按镀层最终 使用要求加厚镀化学镍层和其它功能性 镀层. 1.3.4结台力评定方法 结合力浮定方法采用划针法弯折i壹, 冷热试验法等. !!!里!!!!!!:!!.…——..墨兽棼书整.堂苎!塑 2结果与讨论 2.1试验结果: (1)化学镀镍前预处理方法的比较见 表l. 寰1曩处理方基螬果比较 .-____?-__’n_H__-_一_I.一 方法0镀后状态『应用情况 HF腐蚀法结合力差.起皮无应用价值 喷丸法较好操作复杂厚度难拄 制. 操作简单.方便舅肢体钯法好 行.适用于工厂批量 生产 (2)结合力评定结果见表2. 寰2螬台力谇定螬暴 预处理槽夜 方法代号 HF 腐{b 襞lcd I:法. 髹ra钯】b 覆Ic法ld 注:(1)”“一为通过.”X”—为不曩过;”一” — 为未作. (2)B.b.c为化学镀锌液-d为化学镀铜液. 2.2讨论 2.2.1便处理 本实验重点讨论的预处理方法是肢体钯 活化法. 首先要使化学镀镍反应在钛件表面上发 生,就必须使钛件表面的稳定电位负于 一 0.60V.姒理论上说,新鲜的钛表面在一 般溶液中的稳定电位在一1.20V左右.但由 于活性太强使Ti援易氧化而在表面附有一层 薄的氧化膜,且随着氧化碘的增厚迅速地使 表面电位向正的方向推移许多,在极短的时 间内就能达到一O.50V以上.因而化学镍的 沉积反应必须采取诱发的,喷丸活化法 和瞍体钯活化法就可以达到这一目的. 喷丸处理的目的一是去除钛件表面较厚 的氧化膜,二是使钛件表面粗糙化.处理后可 以看到,出现了许多微观峰谷,当钛件处于 化学镀镍液中时,由于峰,谷处的稳定电位 显着地不同,其中峰顶处的离子浓度高,稳 定电位就负,而谷底处的离子浓度相对于峰 顶处较低,稳定电位较之峰顶处正.若峰顶 处的稳定电位比一0.60V略负,则化学镀镍 反应将被诱发: 自值化 Ni”+H=PO:+H2O——’HPO;一 +3H+Ni 从而使金属镍沉积在钛件表面上. 肢体钯的活化方法则又有不同.它的本 质是将钯离子播种到钛件表面.由于钯离子 被两价锡离子还原成金属Pd,在钛件表面形 成金属核或金属膜,这样钛件表面化学镀镍 便转化成了钯上化学镀镍,故起到了表面活 化的作用. 仅仅这样的处理得到的镀层结合力是不 理想的.从实验结果看,试样虽能通过弯 折,冷热,划针等结合力考核,但测其剥离 力仅为0.0159kg/mm.结合力仅仅靠机械 的吻合作用维持,这样的钛上镀层结合力在 实际应用中是毫无意义的. 2.2.2热扩散提高结合力 Ti与Ni在高温下能以任何比例相滴合, 而且能在高温下生成金属化合物如Ti3Ni, TiNi,TiNia等.扩散处理的目的在于使Ti - Ni界面生成金属化台物作为过渡层.由于 镀层与基体间的金属化台物层的生成而使机 械的吻合作用转变成了化学的键合作用,从 (下转35页) 表 面 技 术 赵 蔫一江等氮化钍涂层刀具的镀彻及应用05 (4)膨胀系数与高速钢相近,所以结 合力较好I (5)化稳定好(与TiC相比), (6)稳定,重复性好,膜层厚度 可控I (7)生产过程在密闭真空中进行,无 环境污染,非高温作业,操作条件好, (8)操作复杂,要求操作人员要有较 高的知识水平. PlatingofTitaniumNitrideOilCutterandItsApplication llangYiiiang&Zhar+gXia.gshe.g (TheStateNortheastMachineMan?factufi”gPlant) Thispaperintroducesbrieflytheprincipleofhollowcathodicvacuumionplat. ingtechnologyanMysesseveraltechnologicalparametersassociatedwtthTp lat? ingwithDKYL——1000~’acuumionplatingmachineandgivesoutthesummarieson theapplicationofthecuttersplatedwiththlsequipmenttotheproduction. Keywordslcutter,coatings.titaniumnitride (接38页) 而使镀层与基体的结合力得到显着提高.从 金相照片中可以明显的观查出来.我们的试 验结果完全证实了这一点. 试验还发现,既使采用胶体钯活化这一 预处理方法,但如果不经热处理就将镀层厚 度施镀到位(一般d>15gin左右)时,其热 扩散后镀层仍容易起皮.热扩散前的预镀层 越薄,则扩散后的结合力越好,但过薄经热 处理后预镀层可能与Ti达到了完全扩散,我 们最终得出的较理想的结果为:预镀屡为3 , 5m—?热扩散—?活化(保持请浩,可 不经此工序)加厚镀+施镀功能性镀层, 成功地解决了结合力与膜层厚度的矛盾,达 到了设计要求d一30In的目的. 5结论 从实验结果看出,胶体钯活化工艺是钛 及其合金在化学镀镍(铜)前处理生产中既 实用又有效的方法之一,但化学镀镍后零件 应采取热扩散提高结合力.其扩散应在真空 炉或其它惰性气体保护炉中进行,否则镍层 有可能被氧化而为后处理带来困难. 本工艺有如下一些优点: (1)生产适用性广,化学镀镍沉积速 度快. (2)千匕学镀前处理方便易行,槽液可 栽面积大. (3)材料遭用性广.除本文述及的 TA.外,其它钛合金材料如TCtTC+,等也 都适用于本方法.