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  高性能的镍磷合金化学镀工艺是近年来迅速发展起来的一种新型表面保护和表面强化技术手段,具有广泛的应用前景。目前化学镀镍磷合金已广泛地应用在石油化工、石油炼制、电子能源、汽车、化工等行业。石油炼制和石油化工是其最大的市场,并且随着人们对其镀层特性的认识,它的应用也越来越广泛,主要用在石油炼制、石油化工的冷换设备上,并且得到了许多用户的认可。经实际应用,能显著提高设备的耐磨、耐蚀性能,延长其寿命3倍以上,性能优于目前使用的有机涂料,而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材。

1、化学镀镍磷合金的原理

  其主要反应为次亚磷酸钠还原镍离子为金属镍,即在水溶液中镍离子和次亚磷酸根离子碰撞时,由于镍触媒作用析出原子态氢,而原子态氢又被催化金属吸附并使之活化,把水溶液中的镍离子还原为金属镍形成镀层,另外次亚磷酸根离子由于在催化表面析出原子态氢的作用,被还原成活性磷,与镍结合形成Ni-P合金镀层。

2、镀层的特性及技术指标

(1)镀层均匀性好
非晶态Ni-P合金镀层是通过化学沉积的方法获得,凡是镀液能浸到的部位,任何形态复杂的零件,都能得到均匀的镀层。不需外加电流,是非晶态均一单相组织,不存在晶界、位错,也无化学成份偏析,且避免了电镀形成的边角效应等缺陷。另外,镀层十分致密还具有较高的光洁度。
(2)镀层附着力好
镀层在钢铁基体上产生压应力(4MPa),而镀层与钢的热膨胀系数相当,所以具有优良的附着力,一般为300-400MPa。
(3)镀层硬度高,抗磨性能优良
镀层具有高硬度,低韧性和较低热导率、电导率,它的抗拉强度超过700MPa,与很多合金钢相似,镀层硬度和延伸率都超过了电镀铬,弯曲无裂纹,但不适合反复弯折和拉抻等剧烈变形的部件,经热处理硬度可达HV1100,但在320℃时开始发生晶型转变,耐磨性能增强,耐蚀性能减弱。
(4)优良的抗腐蚀性能
由于镀层为非晶态,不存在晶界、位错等晶体缺陷,是单一均匀组织,不易形成电偶腐蚀,决定其有较高的耐蚀性,Ni-P镀层均匀性好,拉应力小,致密性好,为防止介质的腐蚀提供了理想的阻挡层。在碱、盐、高温油测、有机介质和溶剂、酸性气体中有抗蚀能力,经实际应用证明,特别对石油炼制、石油化工中的Cl-应力腐蚀,高低温H2S和环烷酸的腐蚀具有超凡的抗蚀能力。
 
表一 非晶态镍磷合金在某些介质中的腐蚀速率表

介质名称
Wt%
温度(℃)
Ni-P合金腐蚀率mm/y
1Cr18Ni9Ti腐蚀率mm/y
氢氧化钠
50
95
0.002
>1.0
盐酸
10
25
0.072
>1.5
盐酸
37
30
0.041
>1.5
硫酸
10
70
0.048
>1.5
甲酸
85
20
0.013
>1.5
氯化钠
饱和
100
0.024
0.05-1.5
重铬酸钠
20
100
<0.001
0.05-1.5
石油
 
20
 
20
海水
20

 
    表二 镍磷合金镀层物理机械性能表

性能
Ni-P
备注
钢上镀层内应力MPa
<7
 
密度g/㎝3
7.75
P含量8-10%
熔点℃
890
P含量7-9%
电阻率μΩ•㎝
0.9
 
热导率w/m2
8
抗拉强度MPa
>700
延伸率
1-1.5
结合力MPa
300-400
低碳钢、不锈钢为160-200
硬度HV
600-800
经300℃处理达800-1100
镀层厚μm
25-75
 
耐热性能700℃
不起皮,不脱落
无孔隙最小厚度μm
15
外观
类似于不锈钢的银白色,色调柔和,美观

3、应用范围

(1)石化工业中:冷换设备、盘管、采注管线、控制阀泵、吸入活塞杆等。
(2)汽车和造船工业中:发动机轴、防滑活塞、空气调节器元件、交流发电机散热片、油箱、燃料喷射器传动推力热圈等、
(3)轻纺工业中:塑料模具、刻花滚筒、导布辊、导纸辊、贮槽、横机、导轨、针筒、烘缸、织物刀刃、塑料切粒刀等。
(4)饲料食品工业中:烤锅、轴承、罐头生产线设备、滑轮、切片装置、分类机、搅拌机等。
(5)其它工业中:液压装置、离合器、泵、轴辊、拉丝机滚筒等。
  化学镀防腐蚀技术最早应用于石油和化学工业。Ni-P合金镀层为非晶态结构,具有优良的化学惰性,可有效地抗碱、盐溶液和海水腐蚀,抗石油和各种碳氢化合物腐蚀,加之Ni-P镀层的耐磨性能,因此形成了其在石油、天然气开发和石化生产中腐蚀防护的优势,成为石化装备方面最新发展起来的一种防腐材料。在中东、美国和德国的石油和天然气开采中,在管线、阀体、泵站的防蚀保护方面,该技术得到了广泛应用,并取得了明显效果。我国在八十年代末开始在油田行业开发应用该技术,在不断实践的基础上实现了换热设备大面积整体化镀技术的突破,大大降低了成本,提高了生产效率和生产能力。目前这项比较成熟的工艺技术已在大庆、胜利、中原油田推广开来,应用于采注管线的防腐;在石化、化纤、化肥、制盐、制药、制碱、发电、冶金焦化等工业的冷换设备的防腐领域,可以代替不锈钢,但造价为不锈钢的1/2。应用该技术后可使设备提高耐磨性和耐蚀性,延长其使用寿命3倍以上,性能优于目前使用的有机涂料,而且适用于碳钢、铸铁、有色金属等不同基材,能大大节约原材料和能源,提高开工率,经济效益显著。

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