楊小亮, 封 勇, 康軍平, 孫 瑜

(陜西群力電工有限責(zé)任公司,陜西寶雞 721300）

35 CrMo鋼管件化學(xué)鍍鎳工藝及質(zhì)量控制

楊小亮, 封 勇, 康軍平, 孫 瑜

(陜西群力電工有限責(zé)任公司,陜西寶雞 721300）

0 前言

化學(xué)鍍鎳-磷合金鍍層具有較高的硬度,優(yōu)良的均勻性、耐磨性和耐蝕性等綜合物理化學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、電子、機(jī)械、石油、化工等領(lǐng)域[1]。開采石油油田的機(jī)械管件材料為35 CrMo鋼。因使用環(huán)境惡劣,要求其具有耐蝕性、耐磨性。所以在管件內(nèi)、外表面化學(xué)鍍覆厚度為40～50μm的鎳-磷合金鍍層[2]。然而,在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)鍍層結(jié)合力差,針孔多,厚度不均等疵病。為此,研究在35 CrMo鋼管件內(nèi)、外表面沉積無表面缺陷,結(jié)合力好,硬度較高的鎳-磷合金鍍層的工藝及質(zhì)量控制方法,對(duì)石油機(jī)械的制造具有重要意義。

1 工藝流程

2 主要工序說明

2.1 化學(xué)除油

磷酸三鈉 15～20 g/L,金屬清洗劑 50～60 g/L,40～50 ℃,15～20 min。

2.2 電化學(xué)去油

氫氧化鈉 15～25 g/L,磷酸三鈉 20～30 g/L,碳酸鈉 20～30 g/L,80～90 ℃,電流密度 5～10 A/dm2,5～10 min。

2.3 浸蝕

鹽酸 30～50 mL/L,硫酸 80～100 mL/L,室溫 ,1.5～3.0 min。

2.4 活化

室溫下,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%的稀硫酸中浸 20～30 s。

2.5 化學(xué)鍍鎳-磷合金

硫酸鎳450～480 g/L,次磷酸鈉80～100 g/L,乙酸鈉 80～100 g/L,檸檬酸鈉 30～40 g/L,乳酸30～40 g/L,穩(wěn)定劑 0.015～0.025 g/L,p H值 4.4～5.0,84～88℃。

3 結(jié)合力及外觀檢測

鍍層結(jié)合力用熱震法測定。將化學(xué)鍍鎳-磷合金的管件放入電阻爐中加熱至280～300℃,保溫30 min,然后取出,放入室溫的水中驟冷。觀察鍍層是否鼓泡或脫落。

在40 W日光燈下,用4～5倍放大鏡觀察鍍層表面是否有針孔、麻點(diǎn)、結(jié)瘤等缺陷。

4 質(zhì)量控制

4.1 鍍液的維護(hù)

鍍覆過程中及時(shí)補(bǔ)充與鍍液溫度相同的蒸餾水,以保持液面。每3～4 h分析一次鍍液,根據(jù)分析結(jié)果補(bǔ)料。每班在鍍覆結(jié)束后,連續(xù)過濾鍍液4 h以上,并用硝酸清除槽壁、槽底、空氣管表面鎳的沉積物。注意防止異物進(jìn)入鍍液內(nèi)。鍍前每道清洗采用流動(dòng)水,避免帶入殘液。

4.2 pH值和溫度的控制

在酸性溶液中,p H值＜3時(shí),鎳不會(huì)被還原析出。隨著p H值的升高,沉積速率加快,p H值＞6時(shí)可能產(chǎn)生沉淀[3]。因此,將p H值控制在4.4～5.0。及時(shí)用稀醋酸或碳酸鈉溶液調(diào)整p H值。

溫度的提高可以加快沉積速率,但在96℃以上高溫下進(jìn)行施鍍會(huì)大大降低鍍液的穩(wěn)定性,使鍍層質(zhì)量下降,鍍層結(jié)合力差,易脫落[4]。特別當(dāng)加熱不均勻,且p H值偏高時(shí),最易使鍍液產(chǎn)生分解。所以要采用控溫、攪拌裝置,保證鍍液溫度均勻,使溫度變化范圍在±2℃內(nèi),并注意避免高溫空載。

4.3 鍍液的攪拌和管件的移動(dòng)

用凈化的無油空氣攪拌可以使溫度、鍍液成分均勻,防止鍍液局部過熱分解,有利于提高沉積速率和保證鍍層的質(zhì)量。

管件豎直吊掛于鍍液中,通過機(jī)械裝置上下移動(dòng),有利于排氣,避免針孔,可以使鍍層均勻。

4.4 裝載量

裝載量過高或過低都會(huì)直接影響鍍層的沉積速率和鍍液的穩(wěn)定性[5]。裝載量控制在0.5～1.0 dm2/L。鍍槽為井式,鍍槽及輔助裝置根據(jù)管件受鍍面積及尺寸設(shè)計(jì)。

4.5 熱處理

管件化學(xué)鍍鎳-磷合金鍍層后,經(jīng)熱處理能提高硬度。在電爐中加熱至280～300℃,保溫2 h,然后隨爐冷卻。

5 鍍層性能檢測

(1）外觀 色澤均勻、半光亮,無針孔等缺陷。厚度在40～50μm范圍內(nèi)。

(2）結(jié)合力 經(jīng)熱震試驗(yàn)觀察,無起泡、開裂,結(jié)合力牢固。

(3）硬度 測同槽同材質(zhì)試樣(尺寸為100 mm×100 mm×10 mm的35 CrMo鋼片）,洛氏硬度為60～69,符合設(shè)計(jì)要求。

(4）耐蝕性 按國標(biāo) GB 6458-86《金屬覆蓋層中性鹽霧試驗(yàn)》,試驗(yàn)96 h,鍍層無銹蝕、裂紋和起皮等缺陷。

6 結(jié)語

采用本文研究的工藝和質(zhì)量控制措施,以5～7 μm/h的沉積速率一次性在35 CrMo鋼管制件表面沉積出符合要求的鎳-磷合金鍍層。為石油開采工業(yè)所需機(jī)械的制造提供了一種較好的工藝方法。

[1] 閆洪.現(xiàn)代化學(xué)鍍鎳和復(fù)合鍍新技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998:23-31.

[2] 王林山,張小勇,林晨光,等.細(xì)長管內(nèi)孔均勻化學(xué)鍍鎳的研究[J].材料保護(hù),2008,41(5）:39-41.

[3] 曾華梁,吳仲達(dá),陳均武,等.電鍍工藝手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997:547.

[4] 周榮廷.化學(xué)鍍鎳的原理與工藝[M].北京:國防工業(yè)出版社,1975:50-51.

[5] 沈?qū)幰?表面處理工藝手冊(cè)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1991:245.

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