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技術(shù)中心 Technology

真空鍍膜機(jī)鎳鎘鍍膜技術(shù)分析
發(fā)布時間:2014-08-25 瀏覽:4645 次

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層是先鍍鎳后鍍鎘經(jīng)加熱擴(kuò)散形成的復(fù)合鍍層,鎳和鎘鍍層的厚度比一般應(yīng)控制在3:1。

  通常,鎳鎘擴(kuò)散層的厚度為3μm。

  對鋼為陽極性防護(hù)層,是結(jié)構(gòu)鋼的中溫防護(hù)層。在300~500℃的工作環(huán)境中具有很好的抗氧化和防腐蝕性能,并具有一定的耐沖刷能力。

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層的最高使用溫度為500℃。

  (1)鎳鎘擴(kuò)散鍍層外觀

  鎳鍍層為稍帶黃色的銀白色,鎘鍍層為銀白色,擴(kuò)散處理后為橄欖色、淺灰色、深灰色到黑灰色。

  (2)鎳鎘擴(kuò)散鍍層物理及化學(xué)性能

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層的電極電位為-0.69V。擴(kuò)散層是鎳和鎘的金屬間化合物,其結(jié)構(gòu)為NiCd4·NiCd3。

  當(dāng)鎳鍍層厚度為7~8μm時,內(nèi)應(yīng)力值為-34.3~10.3MPa。

  (3)鎳鎘擴(kuò)散鍍層耐蝕性

  對低合金鋼、不銹鋼均為陽極性防護(hù)層。

  如果鎳鎘擴(kuò)散鍍層的擴(kuò)散層被破壞而裸露出鎳底層時,則裸露部分不再具有陽極保護(hù)特性,而是與純鎳鍍層一樣,具有陰極性防護(hù)層的特性。

  幾種可以在中溫環(huán)境條件下保護(hù)鋼的鍍層特點(diǎn)對比,列于表1。

  表1 中溫防護(hù)鍍覆層

防護(hù)層類別 特性
鎳鎘擴(kuò)散鍍層 這是近年來開始應(yīng)用于發(fā)動機(jī)零件的中溫防護(hù)層。其成分為NiCd4·NiCd3,電極電位為-0.69V(VS·SCE),對鋼為陽極性防護(hù)層,擴(kuò)散層底部的鎳層對鋼仍為陰極性保護(hù)層。擴(kuò)散層在中溫條件下具有較高的抗氧化能力,保護(hù)基體金屬的能力不低于常溫下鋅鍍層。但該工藝會降低基體金屬的疲勞性能,為減小這種影響,應(yīng)采取鍍前基體噴丸處理及低應(yīng)力鍍鎳工藝等措施
無機(jī)鹽鋁涂層(WZL) 涂層對鋼為陽極性防護(hù)層,在常溫和中溫下對鋼都有很高的保護(hù)能力,涂覆后對鋼鐵材料,包括高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能都沒有不利的影響,是優(yōu)異的中溫防護(hù)層
黃銅鍍層 這是當(dāng)前飛機(jī)上所使用的中溫防護(hù)層之一,黃銅對鋼為陰極性防護(hù)層,在中溫條件下,鍍層抗氧化能力差。孔隙率低于乳白鉻,對鋼基體的保護(hù)能力略高于乳白鉻層
乳白鉻層 這是當(dāng)前飛機(jī)上所使用的中溫防護(hù)層之一,對鋼為陰極性防護(hù)層,鍍層抗氧化能力較高,但孔隙多,對基體金屬保護(hù)能力差
A12涂層 該涂層由鋁化物涂層外加很薄的陶瓷涂層組成,實(shí)際上是一種復(fù)合涂層。這種涂層對鋼來說是陽極性保護(hù)層,涂層均勻,表面光潔度高,耐沖刷,對基體疲勞性能影響小
TSM3涂層 這是Ni/Mg擴(kuò)散涂層,外加一層很薄的陶瓷涂層,因此,是一種復(fù)合涂層。對鋼來說,它是陽極性保護(hù)層。上述所有涂層中,TSM3在3%NaCl溶液中的電極電位最負(fù),對鋼的保護(hù)性最好

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層在常溫與中溫下對鋼都有高的防護(hù)能力。

  表2列出了該鍍層與鋅鍍層的耐蝕性結(jié)果表明,即使在高于使用溫度50℃的條件下加熱100h,其耐蝕性仍然比鋅鍍層好。

  表2 鎳鎘擴(kuò)散鍍層與鋅鍍層耐蝕性比較

鍍層類別 試驗(yàn)前處理 周期浸漬腐蝕試驗(yàn)結(jié)果 鹽霧腐蝕試驗(yàn)結(jié)果
鎳鎘擴(kuò)散鍍層 - 5448h后鍍層表面附一層黃白色膜層,基體金屬沒有銹蝕 試驗(yàn)8個月經(jīng)間斷噴霧試驗(yàn)累計(jì)1209h,鍍層僅出現(xiàn)灰色膜,基體金屬沒有銹
555℃加熱100h 1680h后基體金屬生銹,銹蝕面積為10%
鋅鍍層 - 120h鋅層表面鐵銹點(diǎn)達(dá)80% 驗(yàn)兩個半月,基體金屬開始銹蝕

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層具有良好的抗氧化能力,表3列出了鎳鎘擴(kuò)散鍍層與38Cr2Mo2VA鋼的抗氧化試驗(yàn)結(jié)果。由表可見,鎳鎘擴(kuò)散層的抗氧化能力比38Cr2Mo2VA鋼高一倍以上。

  表3 鋼與鍍層抗氧化性能

類別 抗 氧 化 條 件① 氧化速度/[g/(m·h)]
溫度/℃ 時間/h
38Cr2Mo2VA 550 100 0.127
鎳鎘擴(kuò)散鍍層 550 100 0.057

 ?、侔碒B 5228-73 試驗(yàn)方法試驗(yàn)。

  (4)鎳鎘擴(kuò)散鍍層設(shè)計(jì)規(guī)范

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層的設(shè)計(jì)規(guī)范見表4。

  表4 鎳鎘擴(kuò)散鍍層的設(shè)計(jì)規(guī)范

設(shè)計(jì)依據(jù)

(1)對鋼為陽極性防護(hù)層

(2)在中溫(300~500℃)具有很好的抗氧化和防腐蝕性能

(3)對鋼為陽極性防護(hù)層

適用范圍

(l)中溫(500℃以下)條件下工作的鋼零件

(2)要求耐熱并耐沖刷的零件

不允許

(1)承受340℃加熱處理后,對鋼基體材料性能有影響時

(2)形狀復(fù)雜的零件,鎳鍍層不能完全覆蓋或達(dá)不到最小鎳層厚度時

注意事項(xiàng) 禁止用電鍍鎳鎘合金鍍層代替鎳鎘擴(kuò)散鍍層在中溫環(huán)境下使用

  (5)鎳鎘擴(kuò)散鍍層厚度系列及應(yīng)用范圍

  鎳鎘擴(kuò)散鍍層厚度系列及應(yīng)用范圍見表5。

  表5 鎳鎘擴(kuò)散鍍層厚度系列及應(yīng)用范圍

厚度系列 應(yīng)用范圍
零件材料 使用條件 厚度/μm 標(biāo)志
鋼、不銹鋼 Y

Ni5~8

Cd3~5

Ep·Ni5Cd3·Di

(1)鋼零件在250~500℃條件下的防護(hù)

(2)要求一定耐磨性零件的防護(hù)

E

Ni8~12

Cd3~5

Ep·Ni8Cd3·Di

  (6)鎳鎘擴(kuò)散鍍層其他特性

  承受循環(huán)載荷的零件在鍍鎳鎘擴(kuò)散鍍層以后,基體材料的的疲勞強(qiáng)度會有不同程度的降低,這是由于電鍍時鎳鍍層的內(nèi)應(yīng)力與零件在機(jī)械加工時的表面殘余應(yīng)力以及工作時承受應(yīng)力疊加的影響造成的。

  疲勞性能的降低會導(dǎo)致零件工作過奄程中的早期破斷。

  為控制鎳鎘擴(kuò)散鍍層對基體材料疲勞性能的影響,在鍍前進(jìn)行噴丸處理對基體材料表面造成壓應(yīng)力,電鍍鎳時選用低應(yīng)力的鍍鎳工藝。

  從表6的數(shù)據(jù)可以看出,加工工藝不同,對基體材料的疲勞性能影響也不同。

  在鋼上直接電鍍鎳鎘擴(kuò)散鍍層可使鋼基體的疲勞性能下降20%,所以,電鍍鎳鎘貧擴(kuò)散鍍層時,在工藝上應(yīng)有所控制。

  表6 鍍鎳鎘擴(kuò)散鍍層對Cr17Ni2鋼疲勞性能的影響

加工工藝 表面殘余應(yīng)力/MPa① 疲勞強(qiáng)度極限 σ-1/MPa σ-1增加率/%
基 體 鍍 層
拋光 -480 - 500 -
電鍍鎳鎘擴(kuò)散鍍層 +834 +343 402 -20
噴丸 +567 - 534.5 +7
噴丸+鎳鎘擴(kuò)散鍍層 -500 +980 500 -
基體噴丸+鎳鎘擴(kuò)散鍍層+噴丸 -873 -348 549 +10

 ?、儇?fù)值表示壓應(yīng)力,正值為拉應(yīng)力。

  (7)有關(guān)技術(shù)文件

 ?、貯MS 2416E 鎳鎘擴(kuò)散鍍層

  ②HB 5096-1982 鎳鎘擴(kuò)散鍍層質(zhì)量檢驗(yàn)

 ?、跦B/Z 31-1982 鎳鎘擴(kuò)散鍍層通用工藝說明

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