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316不锈钢具有良好的耐蚀性,美观的色泽和金属质感,常用作表壳、表带、钢笔套等饰物。但是316不锈钢硬度较低,表面耐磨性差,使用中容易造成表面划伤,既影响美观,又破坏其耐蚀性。因此选择316不锈钢做表壳材料时,要对其进行表面处理,增加其硬度和耐磨性、并不损失原有的色泽和外观。
化学镀三元Ni-W-P镀层硬度高、耐蚀性好,综合性能良好,成为近年来化学镀领域的研究热点。但是,将化学镀Ni-W-P镀层用作316不锈钢表面处理时,尚存在以下问题:首先,现有的不锈钢表面化学镀镀前处理工艺繁琐,操作可控性低。其次,目前Ni-W-P合金镀层一般不做装饰性镀层应用,现有的研究中鲜有针对提高Ni-W-P镀层外观和色泽而进行的。
本文针对现有不锈钢表面化学镀Ni-W-P镀层中存在的问题,首先研究了不锈钢化学镀表面处理的前处理工艺和非晶Ni-W-P镀层的施镀配方。其次,通过两次正交试验优化了装饰性应用的化学镀非晶态Ni-W-P镀层的施镀工艺配方。第三,对镀层的微观形貌、成分、组织结构和性能进行了测试并分析了它们之间的关系。最后对镀层宏观外观(色泽光亮度)、镀层耐蚀性进行了重点分析,并和316不锈钢做了比较,通过研究,主要得到了以下研究结果:
1.研制出一种直接镀的不锈钢化学镀的前处理方法,即酸洗→活化+超声波清洗法,超声波清洗液中含有还原性的盐酸,防止了在清洗中表面重新生成氧化膜,同时去除了活化表面残存的腐蚀产物,施镀后镀层与基体结合力良好,解决了不锈钢化学镀前处理工艺复杂及结合力较低的问题。
2.经过两次正交试验,得到优化的化学镀Ni-W-P合金的工艺配方为:硫酸镍20 g/L,钨酸钠35 g/L,次亚磷酸钠23 g/L,柠檬酸钠54 g/L,乳酸6 g/L,硫酸铵30 g/L,硫酸铜50 mg/L,有机添加剂C0.5 mg/L,有机添加剂D50 mg/L,温度90℃,pH值9。
3.用最佳配方施镀得到的镀层,成分为12.10%P-3.87%W,结构为典型的非晶态结构,表面由“胞状体”组织构成,胞状体平整细小,大小在0.2-2μm之间;镀层厚度约为22.30μ m,镀速在7.5μm/h左右。
4.用最佳配方施镀得到的镀层,镀态硬度为486HV,是不锈钢基体202HV的2.4倍,可以有效地改善基体的耐磨性能;同时,镀层的开路电位、腐蚀电流与极化电阻与不锈钢相比变化不大,说明镀层耐蚀性与不锈钢相当;经过人工汗液浸泡试验48小时镀层未变色,可以满足使用要求。
5.用最佳配方施镀得到的所获得的非晶Ni-W-P合金镀层在外观上保持了基体的光亮程度,色泽与不锈钢色泽近似,宏观上很难区分开,实现了不锈钢表面化学镀后色泽和光泽不变的技术要求,为该工艺在不锈钢表壳上的应用奠定了基础。