一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法

摘要

一种化学镀Ni-P镀层的晶化处理方法，属于材料表面改性处理领域。本发明利用激光热效应对化学镀Ni-P镀层进行晶化处理，使其物相由非晶态向晶态转变，析出Ni3P硬化相，提高镀层硬度和耐磨性能，属于材料表面改性处理领域。其特征在于：利用激光作为热源，Ni-P镀层吸收激光的能量，温度可以精确控制。在激光热辐射处理过程中，在350℃时Ni3P相开始形成，由于Ni3P相的形成造成P含量降低，故Ni3P相的进一步生成是依靠周围P原子的扩散来补充，镀层表面激光高能密度加快了P原子的扩散速率，在400℃时Ni3P相又重新生成，其在XRD谱线上表现为Ni3P特征峰更趋于明显，而对于单质镍，在整个热处理过程中，其结晶度是随温度提高和时间延长而不断的得到完善。

说明书

技术领域

本发明利用激光热效应对化学镀Ni-P镀层进行晶化处理，使其物相由非晶态向晶态转变，析出Ni₃P硬化相，提高镀层硬度和耐磨性能，属于材料表面改性处理领域。

背景技术

ZL113是一种Al-Si-Cu系的压铸铝合金，因其具有密度低、强度高、塑性好等优点，广泛地应用于缸盖、缸体类和阀体等压铸件制造，由于ZL113铝合金硬度较低，只有80HB，严重地影响铝合金压铸件的使用性能和寿命；为了提高ZL113表面硬度和耐磨性能，通常需要将铝合金进行表面强化处理；化学镀Ni-P合金镀层具有较高的硬度、耐磨性能和抗腐蚀性能，被广泛应用于铝合金的表面改性处理中；为了进一步提高镀层的硬度和耐磨性能，一般要对Ni-P合金镀层进行晶化热处理，目前Ni-P镀层晶化热处理方法主要有：退火、机械研磨、离子束轰击等；采用退火处理虽然可得到最大硬度，但会造成基体的软化现象，通过机械研磨处理方法对Ni-P镀层进行原位机械处理，能够使Ni-P 镀层晶化，并产生预期的压应力，但会产生裂纹或孔洞，使镀层耐蚀性有所降低，采用离子束轰击技术可以使高能离子将能量传递给镀层原子，引起联级碰撞与热峰效应，增加原子迁移率和激活能力，有助于提高晶化率；目前，采用离子束轰击加热退火或回火一般采用离子辉光放电技术，其升温速率较快，瞬时使镀层和基体温度升高，且温度难以控制，容易破坏基体，如果采用离子源直接对镀层表面轰击，产生的温升很低，达不到晶化处理的目的；本发明专利通过激光热效应对镀态下Ni-P镀层进行晶化处理，晶化后镀层表面平整光滑、晶粒细小、无裂纹，且只在非晶态镀层表面产生热效应，对基体不会造成显著的升温，影响基体的机械性能，对于提高Ni-P镀层的耐磨性具有重要的工程应用意义。

发明内容

本发明专利采用激光热效应对Ni-P镀层表面进行晶化处理，通过镀层对激光能量的吸收和热扩散，引起物体边界上和内部的热流运动，在350-400℃内产生固相晶化反应，弥散 析出的Ni₃P相，使镀层硬度由340-350HV提高到490-505HV。

本发明特征在于：利用激光作为热源，Ni-P镀层吸收激光的能量，温度可以精确控制。在激光热辐射处理过程中，在350℃时Ni₃P相开始形成，由于Ni₃P相的形成造成P含量降低，故Ni₃P相的进一步生成是依靠周围P原子的扩散来补充，镀层表面激光高能密度加快了P原子的扩散速率，在400℃时Ni₃P相又重新生成，其在XRD谱线上表现为Ni₃P特征峰更趋于明显。而对于单质镍，在整个热处理过程中，其结晶度是随温度提高和时间延长而不断的得到完善。

附图说明

图1 镀态下Ni-P镀层表面与界面形貌；

图2 晶化处理后Ni₃P相的形成；

图3 Ni-P镀层XRD分析；

图4 镀层磨损后形貌。

具体实施方式

（1）试样材料为ZL113铸态铝合金板料，其化学成分为：Si 0.25，Cu 0.10，Mg 2.5，其余为Al元素；化学镀Ni-P工艺流程：砂纸打磨→乙醇除油→碱洗→水洗→浸锌→水洗→碱性化学镀→水洗→酸性化学镀→水洗吹干，浸锌作为前处理工艺，使得表面氧化膜被浸锌层替代，在室温下进行，溶液组成：120g/L ZnO，500g/L NaOH，1g/L FeCl，15g/L KNaC₄H₄O₅，浸锌时间为40-50s，酸性化学镀Ni-P主要原料为：硫酸镍(30g/L)、次亚磷酸钠(30g/L)和柠檬酸钠(20g/L)，用乙酸钠(20g/L)调节pH至5.0，控制镀槽温度为75℃-80℃，时间为1h，在酸性溶液中，残余的锌溶解，Ni-P镀层便沉积在铝合金表面；镀层表面、界面形貌如图1（a）和（b）所示。

（2）晶化处理设备为RS2000SM型工业二氧化碳激光器，工艺参数：激光功率为650W，光斑直径Ф2mm，重叠率为50%，扫描速度为0.5m/min，保护气体为氩气，控制晶化温度350-400℃，晶化处理后Ni-P镀层中形成了Ni₃P相，其表面形貌如图2所示，图中出现的黑点为Ni₃P相。

（3）镀态下Ni-P镀层只有Ni的单衍射峰，这表明镀层沉积是具有方向性，为非晶态物相，如图3（a）所示，晶化处理后Ni-P镀层形成金属间化合物Ni₃P物相，如图3（b）所示，使镀层显微硬度由镀态时340-350HV提高到490-505HV。

（4）摩擦磨损试验仪器为HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机，在500g载荷下，镀态下Ni-P镀层磨痕较深且粗宽，磨损比较严重，磨损量较大，如图4（a）所示，晶化处理后Ni-P镀层磨痕变得很细浅，如图4（b）所示，磨损率减少45%，这说明经晶化处理后形成的Ni₃P硬质相，使镀层耐磨性能得到了改善。