不同电化学抛光工艺条件下Q235A表面镍镀层的性能.pdf

Vol 48 No: 6 Jun 2015
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不同电化学抛光工艺条件下
Q235A表面镍镀层的性能
刘美华,赵洋,孟毅',耿英',李菲辉',巩运兰,冯露
(1.天津商业大学机械工程学院,天津300134;2.天津大学机械工程学院,天津300072)
[摘要]钢件镀镍前的电化学抛光工艺对镀层性能有较大影响。以低碳钢Q235A为基材,研究电化学抛光工
艺参数对镍镀层性能的影响规律,探讨了在低碳钢表面制备性能优良的镀镍层的较优工艺。首先选择4组、每组2
件样品,研究电化学抛光中有、无磁性搅拌对镍镀层的影响。在此工作基础上,采用正交试验,选择16件样品研究
磁性搅拌下抛光工艺参数对镀层的影响。用数显外径千分尺测试镀层厚度、表面轮麻测量仪2302A测量表面粗糙
度值R、纳米压痕仪 Nano Indenter XP测试镍镀层的弹性模量及硬度。结果显示:电化学抛光时加磁性搅拌可以
使镀层表面光滑、镀层增厚;电化学抛光电流密度对镀层表面粗糙度影响较小,但对镀层厚度、弹性模量及硬度的
影响很大;而电化学抛光温度、抛光时间对镀层表面粗糙度、镀层厚度的影响与抛光电流密度有关。在其他条件相
同的情况下,选择抛光时间15min、电流密度30Adm2,抛光温度为65℃时得到的镍镀层弹性模量、硬度可以达到
最大值。
关键词]镀镍层性能;Q235A;电化学抛光工艺;酸性搅拌
〔中图分类号]T0153.1[文献标识码]A[文章编号」1001-1560(2015)06-0028-04
前言
保持得更长久。由于没有宏观“切削力”和“切削热”的
国内传统二次电池和一次碱性电池的外壳均使用
作用,工件表面不会产生像切削加工中所形成的塑性
变形层和残余应力,大大减小了工件内部和表面的应
低碳钢镀镍以提高其耐蚀性。理想的镍镀层具有较高
的强度、韧性、硬度和耐蚀性,能较好地改善基材表层
力。另外,电化学抛光中的阳极溶解不存在方向问题,
抛光后的工件表面质量在各个方向上大体相同。所
的抗磨损性和耐腐蚀性,而影响镀层外观以及性能的
以,电化学抛光方面的研究一直广受关注1?。但日
因素有很多,包括对基材的镀前处理、电解液的组成、
电流密度、接触压力、温度、pH值、搅拌以及添加剂等。
前有关电化学抛光的研究主要集中在电化学抛光液和
对基材的前期处理工艺有清洗、除油、表面抛光等,其
工艺参数对抛光表面质量的影响以及抛光机理方面,
而研究电化学抛光工艺参数对镀层性能的影响规律方
中,常用表面抛光方法有电化学抛光、化学抛光及机械
抛光。化学抛光对环境污染严重,对精密件的尺寸要
面的文献较少。
本工作以Q235A碳钢为基底,研究镀前电化学抛
求严格,抛光工艺难以达到较理想的效果;机械抛光设光工艺参数对镍镀层表面粗糙度、镀层厚度、镀层弹性
备及辅料价格贵,电耗大而导致成本高,且受零件形状
模量及硬度的影响规律,以为制备具有较高强度、硬度
及尺寸的限制;电化学抛光基于阳极溶解原理去除金
和耐蚀性的镍镀层提供技术支持。
属,没有对零件的限制,可以加工带有盲孔、深槽、形状
复杂的零件,并且适用于任何硬度的金属和合金。电1试验
化学抛光后的零件表面粗糙度比机械抛光得到的表面
1.1试样及其前处理
[收稿日期]2015-01-19
基材为60mx10mm×3mm的Q235A碳钢,镀
[基金项目]国家自然科学基金项目(11272231)资助
覆面积为20mm×10mm,其余部分用绝缘材料密封。
通信作者]刘美华(1963-),博士,副教授,主要研究方其前处理流程为:蒸馏水冲洗→电化学抛光→蒸馏水
向为固体实验力学,电话15620362684,冲洗→化学除油→蒸馏水冲洗→电化学除油→蒸馏水
E-mail:1mhua2007bd@126.com
冲洗。
第48卷?第6期?2015年6月
1.1.1电化学抛光
表1有、无搅拌条件下电化学抛光工艺参数对镍镀层厚度及
电化学抛光液的成分:15mLLH2SO4,70mLL
表面粗糙廢的影响
H PO,, 6 g/L Cro, 14 ML/L H0.
编号J/(A?dm-2)t/minu/(r?min')8/un
电化学抛光工艺有2种:(1)无搅拌和磁性搅拌
26.21
(100r/min),主要研究2种方式对镀层性能的影响
(2)磁性搅拌下,考察电化学抛光工艺对镀层性能的影
37.45
响。根据前期研究,选择抛光工艺参数:温度50~70
100
22.47
1.t9
C,电流密度20~35A/dm2,时间15~25minl4?。试
验分4组,每组样品有2件。
000
22.47
l,02
1.1.2除油
37.45
.95
化学除油:65.0g/ L Naoh,17.5g/LNa2CO3,17.5
l00
1.19
g/LNa3PO4?12H120,5.0g/LNa2SO3·9H20;温度70
℃,时间2mina
2.2磁性搅拌下电化学抛光工艺参数对镍镀层的影响
电化学除油:以Q235A为阴极,铂网为阳极,15.0
表2为确定磁性搅拌速度为100r/min,不同电化
g/L NAOH, 55.0 g/L Na2;, 35.0 g/L Na3 PO
学抛光电流密度、温度及时间对镍镀层性能影响的正
12H120,7.5g/LNa2SiO2·9H2O;直流电流0.2A,温度交试验研究结果。
70℃,除油1min。
表2磁性搅拌条件下电化学抛光试验方案及结果
电镀镍
编号J(A-dm-2)e/℃t/min8/umn
R,/Wm
镀镍配方与参数:240g/ L Niso4?6H20,20g/L
37.45
1.13
NiCl2?6H120,20g/LH3BO3;阴极电流密度1~3
A/dm2,pH值3.5~5.0,温度50℃,搅拌速度1003
22.47
r/min,施镀时间70min。
1.3测试表征
使用分度值为0.001mm的数显外径千分尺测试
37,45
镀层厚度,使用2302A表面轮廓测量仪测量镀层表面
.18
粗糙度值R。,使用 Nano Indenter XP纳米压痕仪测试镍
l8.72
0.86
镀层的弹性模量及硬度。
22.47
2结果与讨论
2.1电化学抛光时磁性搅拌与否对镍镀层的影响
表1为电化学抛光温度60℃,不同电抛光电流密
44.94
0.80
度、时间下有无磁性搅拌对镍镀层厚度、表面粗糙度的
0.64
影响。总体来说,在相同条件下,加磁性搅拌电化学抛
光所得镀镍层的表面粗糙度值较小,镀层较厚;在抛光
时间相同的条件下,电流密度低时主要影响镀层厚度,2.2.1对镍镀层表面粗糙度的影响
电流密度较高时主要影响表面粗糙度,磁性搅拌则主
抛光液温度为60℃时,镍镀层的表面粗糙度值受
要影响镍镀层表面粗糙度;电化学抛光电流密度相同电流密度、抛光时间影响较小,抛光电流密度为20~35
时,电化学抛光时间对镀层表面粗糙度、镀层厚度的影A