TiO涂层与化学镀Ni-P用于铸件表面处理的研究.docx

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TiO涂层与化学镀Ni

P用于铸件表面处理的研究

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论文导读:：低毒的化学镀Ni—P。若镀层存在与基体相通的孔隙时。但由于其沉积速率慢、镀层薄。有较好的耐腐蚀性、耐磨性和较高的硬度。

论文关键词：TiO2薄膜，化学镀Ni—P，孔隙，沉积速率，耐腐蚀性

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随着经济全球化，中国企业面临巨大的商机，给我国制造业带来了空前的发展机遇。然而我国机械设备60%部件为铸件，长久以来对铸件的处理都以镀锌为主，对环境造成了严重的污染。同时金属锈蚀问题也一直困扰着制造业的产品加工、运输及储存等。

低毒的化学镀Ni—P，镀层厚度均匀，镀层性能优越，有较好的耐腐蚀性、耐磨性和较高的硬度，在石油化工、机械、电子等行业有较广泛的应用[1]。化学镀Ni—P为均匀的非晶态结构，不存在晶界、位错、层错的缺陷，且基体结合致密[2],耐腐蚀性比电镀铬要好。但由于其沉积速率慢、镀层薄，表面容易产生针孔等缺陷。若镀层存在与基体相通的孔隙时，腐蚀介质渗人到镀层孔隙与基体金属接触耐腐蚀性，镀层将成为微孔电池的阴极，基体金属则构成这种电池的阳极而导致基体金属加速腐蚀。

TiO2薄膜耐酸、耐碱，抗光腐蚀，为优良的耐腐蚀材料[3]。但TiO2薄膜大多用于光催化材料以降解有机物，而用于钢铁耐腐蚀性能的研究较少。本文在原有化学镀Ni—P工艺的基础上增加了涂覆TiO2薄膜的工序，形成的TiO2薄膜有效填补了铸件孔隙，有利于Ni—P镀层与基体的完美结合，可提高耐腐蚀性和硬度。同时在进行化学镀的过程中，TiO2表现出较高的催化性。

1．实验部分

材料与仪器：铸件样件，钛酸丁酯，化学纯；冰醋酸，分析纯；无水乙醇，分析纯；丙酮，分析纯；硫酸镍，分析纯；次亚磷酸钠，分析纯；醋酸钠，分析纯；乳酸，分析纯；氨基乙酸，分析纯；葡萄酸钠，分析纯；硫脲，分析纯；蒸馏水；氨水，化学纯；5%NaCl溶液；5%HCL溶液；10%HCl溶液

恒温磁力加热搅拌器；RIM—2.8—10A型马弗炉；电热鼓风干燥箱；TN—100B型扭力天平（精度0.01g）；XJL—02A立式金相显微镜

工艺流程：

机械除锈→化学除油→水洗→涂覆TiO2薄膜→干燥→化学镀Ni—P→水洗→干燥→热处理

实验步骤：

1．样件预处理：先将样件用砂轮打磨平整，用丙酮脱脂，蒸馏水清洗，最后放入乙醇中浸泡，备用。

2．TiO2溶胶的制备[4]：在48ml的钛酸丁酯中加入8ml的冰醋酸耐腐蚀性，混合均匀至不再放热后，在剧烈的搅拌下慢慢加入250ml水。继续搅拌3小时至水解完全后，加入2ml70%的硝酸，加热到80℃继续搅拌2小时，得到半透明的胶体溶液。

3．TiO2薄膜的制备：将预处理的样件浸入所得的胶体中，浸渍30s后以约5mm/s的速度提拉；湿涂层在100℃条件热处理5分钟后重复浸渍5次。所得涂层需先在100℃干燥箱中干燥30分钟，再放入马弗炉（400℃）内烘烤1小时（包括升温时间），取出，在室温下冷却。最后得到涂有TiO2薄膜的铸铁样件。

4．化学镀Ni—P制备：根据样件表面积确定出需要配制的镀液体积和各组分的用量，用蒸馏水溶解论文发表。依次在烧杯中加入16.8g硫酸镍、9.95ml乳酸、7.2g醋酸钠、16.8g次亚磷酸钠、0.48g硫脲、7.2g氨基乙酸和2.4g葡萄酸钠；再搅拌过程中缓慢加入氨水，调节pH值为4.5～5[5]。将附有TiO2薄膜的样件经盐酸酸洗后放入镀液中，用电炉加入并维持在80℃。保温1小时后将试样取出，干燥后得到附有TiO2薄膜的化学镀Ni—P样件。

2．实验结果与讨论

2.1沉积速率的测定

采用重量法，准确测定试样施镀前后的重量，按以下公式计算沉积速率：

（μm/h）

式中W1、W2、分别表示施镀前后试样的重量，密度取7.8g/cm3，A为试件表面积（cm2），t为施镀时间（h）。

表1为不同工艺的沉积速率对比表，从表中可以看到先涂TiO2薄膜再镀Ni—P的工艺能显著提高沉积速率。

表1不同工艺的沉积速率对比

Tab.1Thecontrastofthedepositionvelocityofdifferenttechniques

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工艺

沉积速率/

电镀锌

15~23

化学镀Ni—P

9.5~15

先涂TiO2薄膜再镀Ni—P

20~25

2.2耐腐蚀性能实验结果对比及讨论

将普通化学镀层和先经TiO2薄膜处理的化学镀Ni—P试样浸泡在不同的化学介质中，测量其耐腐蚀性能。试验结果见表2及图1，可见在各种腐蚀液中经TiO2薄膜处理后的化学镀层的耐腐蚀性均得到有效提高。

表2浸泡实验结果

Tab.2Theresultsofsoakingtests

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腐蚀介质

腐蚀速率/（mg·cm-2·-1）

普通化学镀层

先经TiO2薄膜处理的化学镀层

5%NaCL溶液

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