電刷鍍在表面工程中應(yīng)用的研究進(jìn)展

任艷萍1，鄧紅華1，黃方遒1，許喬瑜2

( 1. 廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州510403; 2. 華南理工大學(xué)，廣州510641)

摘要: 綜述了電刷鍍技術(shù)在材料表面防腐、耐磨及維修領(lǐng)域的應(yīng)用。介紹了電刷鍍耐蝕、耐磨鍍層的新工藝及其性能，包括納米晶合金電刷鍍層、納米復(fù)合電刷鍍層、雙納米復(fù)合電刷鍍層以及電刷鍍復(fù)合轉(zhuǎn)化膜層的研究現(xiàn)狀。最后指出了今后電刷鍍技術(shù)研究應(yīng)用的方向。

關(guān)鍵詞: 電刷鍍; 納米復(fù)合鍍層; 復(fù)合轉(zhuǎn)化膜層; 表面工程

中圖分類號: TQ153 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1001-3660( 2013) 06-0083-05

電刷鍍是基于電解原理，在零件表面快速沉積金屬而形成鍍層的技術(shù)。它具有沉積速度快、鍍層種類多、工藝簡單、鍍層性能優(yōu)良等特點(diǎn)，隨著應(yīng)用的不斷深入，顯示出超越其它金屬涂覆技術(shù)的許多優(yōu)勢。近年來，國內(nèi)外對電刷鍍技術(shù)的強(qiáng)化機(jī)理及表面工程應(yīng)用方面進(jìn)行了很多探索，已從傳統(tǒng)的維修工作向表面強(qiáng)化、表面防護(hù)、表面裝飾方面發(fā)展。該技術(shù)的關(guān)鍵是電刷鍍液的配方[1]，工藝也已成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)[2—8]。為了滿足機(jī)械、能源、紡織、化工、交通、航空等領(lǐng)域的不同需求，適用于各種材料的多種配方層出不窮[9—12]。電刷鍍的新配方主要涉及合金鍍、非晶態(tài)鍍層、復(fù)合鍍層以及納米復(fù)合鍍的應(yīng)用[13]，除此之外，還涉及到電刷鍍技術(shù)與化學(xué)轉(zhuǎn)化、離子注入、化學(xué)鍍、熱噴涂、激光微處理等其它技術(shù)的有機(jī)融合，為表面工程帶來了廣闊的應(yīng)用前景。

1 ·電刷鍍在表面防腐中的應(yīng)用

1. 1 鋼基體表面電刷鍍層

對于鋼基體而言，電刷鍍非晶態(tài)鍍層有較高的防腐蝕性能。文獻(xiàn)[14]中的研究表明，未經(jīng)熱處理的非晶態(tài)Ni-P 合金電刷鍍層有較好的耐酸堿腐蝕能力。將非晶態(tài)鎳磷合金電刷鍍層與18-8 不銹鋼、Ti 鋼浸入36%的濃鹽酸中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，非晶態(tài)Ni-P 合金電刷鍍層的耐蝕性能明顯高于不銹鋼與Ti 鋼。

近年來，納米晶合金電刷鍍層在防腐方面顯示出很高的優(yōu)越性。項(xiàng)忠楠[15]采用可溶性陽極電刷鍍的方法制備了納米晶Ni-Fe 合金鍍層。鍍液為氨基磺酸鹽體系，主要成分為: Ni( NH2SO3)2·4H2O 420 g /L，NiCl2·6H2O 47. 5 g /L，F(xiàn)eCl2·4H2O 10 ～ 30 g /L。陽極使用純度為99. 99%的鎳板，鍍液pH 值為3. 0，并控制可溶性金屬陽極電位，實(shí)現(xiàn)在陽極上只發(fā)生金屬溶解的氧化反應(yīng)。制備的Ni-Fe 合金鍍層具有典型的納米晶結(jié)構(gòu)，且為單相( γ-Fe，Ni) 面心立方固溶體結(jié)構(gòu)，隨著含F(xiàn)e 量的增加，鍍層的晶粒尺寸減小，硬度增加。合金元素Fe 在Ni-Fe 合金鍍層中起到固溶強(qiáng)化和細(xì)化晶粒的作用。所制備的納米晶Ni-13. 49% Fe 合金鍍層組織結(jié)構(gòu)均勻致密，晶界處沒有明顯的孔洞或缺陷，晶界及三叉晶界處的原子錯配度小，過渡均勻，其在3. 5%NaCl 溶液中的耐蝕性優(yōu)于納米晶Ni 鍍層。

納米復(fù)合電刷鍍層也代表了金屬表面防腐的一個新方向。王芹芹[16]通過電刷鍍在Q235 鋼上制備出Ni-TiO2納米復(fù)合鍍層。她將納米TiO2粒子按5，10，15 g /L 分別加入到快速鎳刷鍍液中，并加入微量表面活性劑，配制好的復(fù)合鍍液先恒溫磁力攪拌30 min，再用超聲波振蕩30 min，且在使用過程中一直攪拌。電刷鍍以石墨作為陽極，工件為陰極。與純Ni 鍍層相比，Ni-TiO2納米復(fù)合鍍層晶粒更加細(xì)小，空隙率更低，采用陽離子表面活性劑分散鍍液后所得的鍍層效果更為顯著。復(fù)合鍍液中納米TiO2質(zhì)量濃度為10 g /L 時，復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能最優(yōu)。隨著復(fù)合鍍液中納米顆粒含量的增加，鍍層形核率增加，所得鍍層晶粒細(xì)小，耐腐蝕性能提高; 但超過一定量時，納米顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，對鍍層結(jié)晶產(chǎn)生不利的影響，如鍍層不均勻、孔隙率較大等，鍍層的耐腐蝕性能反而降低。