【摘要】 TiB2微粒具有硬度高、耐副食、化學(xué)穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)高及導(dǎo)電性好的顯著特點(diǎn)。本文研究把TiB2作為一種分散相添加進(jìn)Ni-P化學(xué)鍍液中，獲得Ni-P-TiB2陶瓷復(fù)合鍍層的最佳工藝和復(fù)合鍍層性能。
　　
　　二硼化鈦(TiB2)是一種新型陶瓷材料，由于硬度高達(dá)2650HV，所以一直被認(rèn)為是抗磨鍍層的一種良好的可選材料。然而，常規(guī)的涂覆工藝卻不能沉積出能適用于工業(yè)上使用，并具有足夠機(jī)械強(qiáng)度、充分厚度的TiB2鍍層。
　　
　　本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究獲得性能優(yōu)良Ni-P-TiB2陶瓷復(fù)合鍍層的最佳工藝條件和復(fù)合鍍層性能。
　　
　　
　　一、試驗(yàn)條件
　　
　　1．鍍液組成
　　
　　鍍液成分為：乙酸鎳20g/L，甘氨酸10g/L，次亞磷酸鈉16g/L，硫脲1mg/L，表面活性劑25mg/L，TiB22～9g/L，pH值5.0～5.5，溫度83～85℃。
　　
　　2．TiB2顆粒的鍍前處理
　　
　　TiB2微粒在鍍覆前需進(jìn)行清洗和活化處理，并用陰離子表面活性劑進(jìn)行親水處理。過(guò)程大體是用20％鹽酸溶液除雜質(zhì)，再用蒸餾水沖至中性，然后去除底部沉淀物，把TiB2微粒烘干。在研缽中將TiB2微粒與表面活化劑充分研磨30～60min后，將粉體倒入沒(méi)有加人次亞磷酸鈉的鍍液中浸潤(rùn)3～4h，在浸潤(rùn)過(guò)程中要連續(xù)地?cái)嚢瑁筎iB2微粒能與表面活性劑和鍍液充分接觸潤(rùn)濕并懸浮。
　　
　　二、試驗(yàn)結(jié)果分析
　　
　　1．微粒添加量的影響
　　
　　當(dāng)微粒添加量較小時(shí)，鍍層中TiB2共析量幾乎與之呈直線增加；當(dāng)TiB2添加量>5g/L時(shí)增加趨勢(shì)逐漸平緩；TiB2添加量再增加時(shí)，TiB2共析量減小，同時(shí)，TiB2微粒的添加使復(fù)合鍍層沉積速度減小(如圖1所示)。
　　
　　2．溫度的影響
　　
　　鍍液溫度對(duì)沉積速度及TiB2共析量的影響如圖2所示。當(dāng)溫度低于65℃時(shí)沉積速度幾乎為零；在70～85℃之間沉積速度呈線性增加；而大于85℃時(shí)它的沉積速度驟降，這是由于溫度太高致使體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還原劑自分解反應(yīng)加快而引起。在這種情況下TiB2在鍍層中的重量也顯著下降，但共析量卻仍增大，得到的鍍層表面粗糙且有瘤狀物，是不合格的鍍層。
　　
　　3．?dāng)嚢杷俾实挠绊?br />　　
　　本試驗(yàn)采用機(jī)械攪拌的方式，并且采用問(wèn)歇攪拌。圖3是間歇時(shí)間與攪拌時(shí)間之比對(duì)沉積速度及TiB2共析量的影響，攪拌速度恒定為150r/min，攪拌時(shí)間均為30s。由圖3可知，攪拌對(duì)共析量的影響有一個(gè)最佳值，這種現(xiàn)象完全符合Guglielmi的“兩步吸附理論”。間歇時(shí)間逐漸增長(zhǎng)，沉積速度略有下降，這是由于攪拌能使鍍件上析出的H2氣泡迅速脫離表面，使TiB2顆粒和基質(zhì)金屬能充分與鍍件表面接觸。
　　
　　4．pH值對(duì)沉積速度及共析量的影響
　　
　　如圖4所示，當(dāng)pH<3時(shí)沉積速度幾乎為零，隨著pH值的增大沉積速度急速增大，pH值達(dá)到5.0時(shí)沉積速度曲線呈現(xiàn)平緩趨勢(shì)，pH值大于6時(shí)Ni2+易水解而使鍍液出現(xiàn)渾濁。
　　
　　5．鍍液中負(fù)載因子的影響
　　
　　為避免在短時(shí)間內(nèi)鍍液濃度變化過(guò)大，有必要限制在一定體積的鍍液中放入鍍件的數(shù)量。通常認(rèn)為，在每升化學(xué)鍍液中，同時(shí)浸入的鍍件面積不應(yīng)超過(guò)125cm2。隨著負(fù)載因子的加大，沉積速率降低，當(dāng)負(fù)載因子超過(guò)1dm2/L時(shí)鍍層的沉積速度下降很快。
　　
　　6．表面活性劑的影響
　　
　　加入表面活性劑對(duì)鍍層的組織成分影響很大，在很大程度上影響了鍍層的硬度、耐磨性和鍍層內(nèi)應(yīng)力，合理選用表面活性劑的種類(lèi)和合理的添加量，在很大程度上影響了復(fù)合化學(xué)鍍的成敗及鍍層的好壞。本試驗(yàn)選用的表面活性劑為合成高分子活性劑，經(jīng)考察鍍層組織及成分，發(fā)現(xiàn)高分子表面活性劑對(duì)本鍍液比較適合，顆粒在溶液中分散狀況好，鍍層沉積速度快，鍍層致密，結(jié)合強(qiáng)度好，硬度高，顆粒在鍍層中分散均勻，鍍層晶粒較細(xì)。高分子活性劑屬于陰離子型高分子活性劑，它們?cè)谒腥芙鈺r(shí)，隨pH值不同，其離解狀態(tài)也不同，溶解度和溶液的粘度也有變化。濃度不同，起分散作用的能力也不同。濃度低時(shí)，高分子表面活性劑的分子吸附在兩個(gè)粒子上，將兩個(gè)粒子連接在一起，而導(dǎo)致凝聚作用：濃度高時(shí)，高分子表面活性劑分子包圍住粒子，可防止粒子凝聚，起分散作用。對(duì)于疏水性的固體粒子在水中分散時(shí)，使用陰離子高分子表面活性劑作分散劑最好，表面活性劑分子在固體顆粒上定向吸附后，分散離子帶有電荷，形成雙電層，使分散體趨于穩(wěn)定。
　　
　　三、Ni-P-TiB2復(fù)合鍍層性能
　　
　　1．鍍層結(jié)合強(qiáng)度
　　
　　將鍍件夾在臺(tái)鉗中，用粗齒銼刀銼鍍層的邊棱。銼刀與鍍層表而約成45℃，由基體金屬向鍍層方向銼，鍍層并沒(méi)有揭起或脫落，表明Ni-P-TiB2復(fù)合鍍層不會(huì)因TiB2作為分散相而使復(fù)合鍍層附著性變壞，鍍層具有良好的結(jié)合強(qiáng)度。熱處理對(duì)鍍層的結(jié)合強(qiáng)度的提高，是由于在400℃以上的熱處理后，基質(zhì)金屬和基體相互擴(kuò)散融合而加強(qiáng)了兩者的結(jié)合強(qiáng)度。
　　
　　2．鍍層的硬度
　　
　　經(jīng)過(guò)測(cè)定不同溫度熱處理的Ni-P-TiB2鍍層的硬度，結(jié)果見(jiàn)圖5。圖5表明，在400℃下熱處理后，可使Ni-P-TiB2的硬度達(dá)到最大。
　　
　　3．鍍層的耐磨性能
　　
　　經(jīng)磨損試驗(yàn)和觀察Ni-P-TiB2復(fù)合鍍層(400℃×1h)摩擦磨損表面SEM照片，證明Ni-P-TiB2鍍層的耐磨性能是比較優(yōu)越的。
　　
　　四、結(jié)語(yǔ)
　　
　　(1)采用合理的復(fù)合鍍工藝可獲得結(jié)合強(qiáng)度良好、硬度高、耐磨性能良好的Ni-P-TiB2鍍層。
　　
　　(2)獲得Ni-P-TiB2復(fù)合鍍層的最佳工藝條件為：溫度84℃，pH值5.3，TiB2微粒量6g/L，攪拌方式為間歇攪拌，間歇比1:7，負(fù)載因子1dm2/L。
　　
　　(3)Ni-P-TiB2復(fù)合鍍層經(jīng)400℃熱處理后，明顯提高了硬度，也能提高耐磨性能。
　　
　　(4)TiB2微粒的憎水性比較強(qiáng)，所以在鍍前微粒處理時(shí)，應(yīng)有比較長(zhǎng)的攪拌浸潤(rùn)時(shí)間。如果浸潤(rùn)時(shí)間太短，復(fù)合鍍層中微粒的含量較低，甚至于微粒不能與鎳磷共沉積，將直接影響鍍層質(zhì)量。