35 CrMo鋼管件化學鍍鎳工藝及質量控制

楊小亮, 封 勇, 康軍平, 孫 瑜

(陜西群力電工有限責任公司,陜西寶雞 721300）

35 CrMo鋼管件化學鍍鎳工藝及質量控制

楊小亮, 封 勇, 康軍平, 孫 瑜

(陜西群力電工有限責任公司,陜西寶雞 721300）

0 前言

化學鍍鎳-磷合金鍍層具有較高的硬度,優良的均勻性、耐磨性和耐蝕性等綜合物理化學性能,廣泛應用于航空、航天、汽車、電子、機械、石油、化工等領域[1]。開采石油油田的機械管件材料為35 CrMo鋼。因使用環境惡劣,要求其具有耐蝕性、耐磨性。所以在管件內、外表面化學鍍覆厚度為40～50μm的鎳-磷合金鍍層[2]。然而,在實際生產中經常出現鍍層結合力差,針孔多,厚度不均等疵病。為此,研究在35 CrMo鋼管件內、外表面沉積無表面缺陷,結合力好,硬度較高的鎳-磷合金鍍層的工藝及質量控制方法,對石油機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,在質量分數為3%～5%的稀硫酸中浸 20～30 s。

2.5 化學鍍鎳-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,穩定劑 0.015～0.025 g/L,p H值 4.4～5.0,84～88℃。

3 結合力及外觀檢測

鍍層結合力用熱震法測定。將化學鍍鎳-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、結瘤等缺陷。

4 質量控制

4.1 鍍液的維護

鍍覆過程中及時補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,根據分析結果補料。每班在鍍覆結束后,連續過濾鍍液4 h以上,并用硝酸清除槽壁、槽底、空氣管表面鎳的沉積物。注意防止異物進入鍍液內。鍍前每道清洗采用流動水,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,鎳不會被還原析出。隨著p H值的升高,沉積速率加快,p H值＞6時可能產生沉淀[3]。因此,將p H值控制在4.4～5.0。及時用稀醋酸或碳酸鈉溶液調整p H值。

溫度的提高可以加快沉積速率,但在96℃以上高溫下進行施鍍會大大降低鍍液的穩定性,使鍍層質量下降,鍍層結合力差,易脫落[4]。特別當加熱不均勻,且p H值偏高時,最易使鍍液產生分解。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,并注意避免高溫空載。

4.3 鍍液的攪拌和管件的移動

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量。

管件豎直吊掛于鍍液中,通過機械裝置上下移動,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直接影響鍍層的沉積速率和鍍液的穩定性[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管件受鍍面積及尺寸設計。

4.5 熱處理

管件化學鍍鎳-磷合金鍍層后,經熱處理能提高硬度。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。

(2）結合力 經熱震試驗觀察,無起泡、開裂,結合力牢固。

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

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

6 結語

采用本文研究的工藝和質量控制措施,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。為石油開采工業所需機械的制造提供了一種較好的工藝方法。

[1] 閆洪.現代化學鍍鎳和復合鍍新技術[M].北京:國防工業出版社,1998:23-31.

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

[3] 曾華梁,吳仲達,陳均武,等.電鍍工藝手冊[M].北京:機械工業出版社,1997:547.

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

[5] 沈寧一.表面處理工藝手冊[M].上海:上?？茖W技術出版社,1991:245.

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1000-4742(2010）02-0049-02

2009-08-25

·化學轉化膜·