CN106521462A - 一种透平机械用化学镀镍‑钨‑磷表面强化工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种透平机械用化学镀镍‑钨‑磷表面强化工艺方法，属于金属表面处理和改性技术领域。该方法包括对试件进行包括清理、碱洗、酸洗、活化在内的前处理；对前处理后的试件进行化学镀镍‑钨‑磷处理；镀膜热处理；所述镀膜热处理包括：进行去氢及消应力处理，温度为200‑220℃，然后进行300℃‑500℃的热处理。本发明的表面强化方法不仅具有镀膜硬度高，耐冲刷性、塑韧性及耐腐蚀性好的优点，而且该镀膜与基体结合良好，满足压缩机、鼓风机以及各类泵等的过流部件使用要求，同时具有操作方便、灵活有效、节能环保等优点。

Description

一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理和改性技术领域，特别涉及一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法。
背景技术
过流部件是压缩机、鼓风机以及各类泵等的重要组成部件，因为过流部件承担着与过流介质直接接触的任务，所以过流部件的服役工况一般为具有腐蚀性甚至更加恶劣的环境，因此对过流部件所用材料提出了严格要求。
在恶劣的服役环境下，过流部件经常出现腐蚀及冲蚀磨损问题，加速材料的破坏。过流介质具有腐蚀性，且与过流部件直接接触，因此过流部件会发生腐蚀，最后就会导致部件失效；而如果腐蚀介质中带有夹杂颗粒，将会发生冲蚀磨损，与腐蚀交替作用，从而加速失效过程，严重影响过流部件的使用寿命。
目前常见的关于透平机械用表面强化工艺主要有渗硼、喷丸、镀铬等方式。过流部件长期直接与腐蚀介质接触，对表面强化层的耐腐蚀和耐冲蚀磨损性能有极高的要求。若这些表面强化工艺方法用于存在腐蚀介质的过流部件上，均存在一定的弊端：1)常规的渗硼表面强化技术，渗硼层存在着高脆性、厚度不均匀、表面孔洞较多、易出现微裂纹等缺点，在处于腐蚀介质中时，这些表面缺陷将成为过流部件腐蚀的诱因，故此工艺方法不适应于过流部件的表面强化。2)喷丸后表面需要清理，在清理时，不仅效率低，操作人员多，劳动强度大，消耗的能量较大，而且清理表面易有湿气，容易再生锈，因此会影响过流部件使用性能。3)镀铬表面强化工艺耗电量较大，镀液维护困难，镀铬电解液的分散能力极低，对于形状复杂的制件，较难镀取均匀一致的铬层。其它表面强化工艺的强化层主要由于孔隙率较高可能会引起失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不仅能提高过流部件材料表面耐磨蚀及耐腐蚀性能，使其表面硬度达到较高的硬度和良好的塑韧性，而且镀膜与基体结合良好的透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法，包括：
对试件进行包括清理、碱洗、酸洗、活化在内的前处理；
对前处理后的试件进行化学镀镍-钨-磷处理；
镀膜热处理；所述镀膜热处理包括：
进行去氢及消应力处理，温度为200-220℃，然后进行300℃-500℃的热处理。
本发明提供的透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法，通过化学镀镍-钨-磷工艺，不仅提高表面的耐腐蚀和耐冲蚀性并具有较高的硬度同时具有良好的塑韧性，而且镀膜与基体结合良好，满足透平机械过流部件使用要求。
附图说明
图1是本发明实施例所一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法的镀层镀态剖面图。镀层钨含量为5％，由图可知，镀层与基体结合良好，镀层厚度均匀为25μm。
图3是本发明实施例提供的透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法的镀层表面图。图为经过本发明中化学镀工艺后，钨含量为5％时镀态镀层表面形貌，由图可知镀层表面平整致密，无明显缺陷，胞粒堆垛致密，整体显示出一定取向的排列方式，该方向为水磨砂纸的磨痕方向，胞粒直径约在5-10μm之间。
图4是本发明实施例提供的透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法的维氏硬度压痕图。图为经过本发明中化学镀工艺后，钨含量为5％时退火温度为400℃镀层显微硬度压痕图，由图可知显微硬度压痕未发现裂纹，表明镀层韧性良好。
图5是本发明实施例提供的透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法的电化学腐蚀微观形貌。图为经过本发明中化学镀工艺后，钨含量为5％时退火温度为400℃镀层电化学腐蚀微观形貌。由图可知，在试验浓度下的三种溶液中Ni-W-P镀层表面均完好，基本未发生腐蚀。其中a为腐蚀溶液为3.5％NaCl，b为腐蚀溶液为3.5％NaOH，c为腐蚀溶液为0.5％HCl。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法包括：
步骤10、对试件进行包括清理、碱洗、酸洗、活化在内的前处理。其中，试件通过以下方式获取：对过流部件材料进行切割，制取化学镀所需试件，试样尺寸为50mmx50mmx3mm，且在试样边缘处中心位置打直径为3mm通透孔，用于悬挂，为仿机加工部件表面光洁度，对试样进行打磨至粗糙度在3.2μm-6.4μm之间。
该步骤10具体包括以下步骤：对试件进行清理、碱洗、酸洗、活化、预镀，具体如下：
a.清理：手工去除机加工残留物，冷水冲洗；
b.碱洗：6-8％(wt.％)氢氧化钠溶液除油，60-80℃，约10分钟，60-80℃水冲洗去除残留碱液，冷水冲洗；
c.酸洗：10-14ml/l氢氟酸和12-15ml/l硝酸混合溶液除锈，室温，约1-4分钟，冷水冲洗；
d.活化：8-10g/l氟化氢铵和16-18g/l的磺基水杨酸混合溶液活化，室温，约1-4分钟，60-80℃热水冲洗残留酸液，冷水冲洗；
e.预镀处理工艺
碳钢、合金钢等低合金元素金属在化学镀前不需要进行预镀处理；不锈钢、铁-镍合金等铬，镍含量较高的金属需要在化学镀镍-钨-磷过程中增加预镀处理工艺。预镀镍工艺如下：
步骤20、对前处理后的试件进行化学镀镍-钨-磷处理。该步骤具体包括对前处理后的试件进行化学镀镍-钨-磷处理，镀膜厚度依据工程需求在10-100μm之间，镀膜孔隙率可达9-10级，镀液成分为硫酸镍10-30g/L、钨酸钠45-70g/L、次亚磷酸钠15-45g/L、柠檬酸三钠50-80g/L、乳酸5-15ml/L和硫酸铵20-45g/L，PH值为8.0-9.0，温度80-90℃，镀覆时间依据对厚度要求而定。镀膜表面光亮无明显黏着颗粒物，镀膜磷含量基本在8-12％(wt.％)附近，钨含量为2-6％(wt.％)，镀态膜硬度随钨含量增加而增加约在500-600HV300g。
步骤30、镀膜热处理。该步骤具体包括：采用热电偶加热炉对镀后试件进行热处理，首先进行去氢及消应力处理，温度为200-220℃，然后根据不同性能要求，进行300℃到500℃的热处理。热处理后镀层硬度可达到800-1000HV300g，且具有良好塑性及耐冲蚀性，可知在基体表面进行化学镀镍-钨-磷可同时提高硬度及耐冲蚀性能，并能保持良好的塑韧性；热处理后化学镀镍-钨-磷膜在3.5％氯化钠、3.5％氢氧化钠及0.5％盐酸腐蚀液中，耐均匀腐蚀和电化学腐蚀性能较不锈钢(如：FV520B)有明显改善，在工程中有着广泛的使用空间。
该方法还包括步骤40，结合力检测：镀层与基体间结合力要求：通过热淬试验(将试样放入300℃的烘箱中加热2h后立即放入冷水中，根据镀层是否出现鼓泡、开裂或脱落现象来判断镀层结合力的好坏。鼓泡或开裂表明镀层与基体间结合力差，反之则好，测试结果显示镀层未出现鼓泡或开裂现象，说明镀层与基体间的结合力可以满足ASTM标准中的热淬试验标准。)和弯曲试验检测(在试样进行弯曲后，镀层完好，未出现剥落现象)。弯曲试验是针对高速旋转透平机械部件在离心力作用下产生形变而引起镀覆层剥离问题进行的针对性性能验证。
本发明实施例提供的一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法，利用化学镀工艺镀覆镍-钨-磷非晶态镀膜，镀膜塑性、韧性良好且与各类基体材料结合良好，大大提高过流部件材料表面耐磨损、耐腐蚀以及抗黏结等性能，且具有较高的硬度(表面硬度达到HV800以上)和良好的塑韧性，进而延长透平机械部件寿命。与其他表面强化技术相比，该方法操作方便、灵活有效、节能环保。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种透平机械用化学镀镍-钨-磷表面强化工艺方法，其特征在于，包括：
对试件进行包括清理、碱洗、酸洗、活化在内的前处理；
对前处理后的试件进行化学镀镍-钨-磷处理；
镀膜热处理；所述镀膜热处理包括：
进行去氢及消应力处理，温度为200-220℃，然后进行300℃-500℃的热处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清理、碱洗、酸洗、活化在内的前处理包括：
清理：去除机加工残留物，冷水冲洗；
碱洗：6-8％(wt.％)氢氧化钠溶液除油，60-80℃，10-20分钟，60-80℃水冲洗去除残留碱液，冷水冲洗；
酸洗：10-14ml/l氢氟酸和12-15ml/l硝酸混合溶液除锈，室温，1-4分钟，冷水冲洗；
活化：8-10g/l氟化氢铵和16-18g/l的磺基水杨酸混合溶液活化，室温，1-4分钟，60-80℃，热水冲洗残留酸液，冷水冲洗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述前处理还包括预镀处理：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对前处理后的试件进行化学镀镍-钨-磷处理的镀膜厚度在10-100μm之间，镀膜孔隙率在9-10级。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试件尺寸为50mmx50mmx3mm，且在试件边缘处中心位置打直径为3mm用于悬挂的通透孔。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：为仿机加工部件表面光洁度，对试件进行打磨至粗糙度在3.2μm-6.4μm之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学镀镍-钨-磷处理包括：
采用的镀液成分为硫酸镍10-30g/L、钨酸钠45-70g/L、次亚磷酸钠15-45g/L、柠檬酸三钠50-80g/L、乳酸5-15ml/L和硫酸铵20-45g/L，PH值为8.0-9.0；
温度80-90℃；
镀层生长速度为8-20μm/h；
工程使用镀层厚度在20-150μm。
8.根据权利要求1-7所述的方法，其特征在于，还包括通过热淬试验和网格试验检测镀层与基体间结合力。
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