薛麗芳

（德州職業(yè)技術(shù)學院，山東 德州253034）

0 前言

化學鍍鎳以其成本低廉、流程簡單和節(jié)能環(huán)保等工藝優(yōu)勢，愈發(fā)受到重視與青睞［1-2］。汽車工業(yè)中普遍使用化學鍍鎳技術(shù)［3-4］。噴油嘴作為汽車發(fā)動機的關(guān)鍵零部件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近些年，新能源燃料和混合燃料被廣泛使用，隨之引發(fā)的燃油腐蝕問題愈發(fā)突出。噴油嘴異常腐蝕會導致噴油量增多，從而加重發(fā)動機的運載負荷，對發(fā)動機的可靠性和使用壽命構(gòu)成威脅。本研究采用化學鍍鎳工藝，在汽車噴油嘴表面鍍鎳，以期進行表面防護與改性，改善其表面性能。

1 實驗

1.1 工藝流程

1.2 主要工序說明

（1）表面處理

表面處理是化學鍍鎳工藝流程中的首要工序，包括除銹、除油、拋光和清洗等，目的是確保噴油嘴表面平整、清潔。

采用較小粒度的砂紙打磨以實現(xiàn)除銹效果。將噴油嘴完全浸沒在除油液（m碳酸鈉∶m氫氧化鈉∶m磷酸鈉=1∶1∶1）中，加熱至80℃并保持恒溫，徹底清除其表面積存的油污。以表面形成均勻水膜、無水珠積聚為判斷油污除凈與否的標準。采用拋光設(shè)備適度拋光噴油嘴表面，以獲得平整的表面狀況。除銹、除油和拋光完成后，采用蒸餾水清洗噴油嘴表面。

（2）酸洗浸蝕

將噴油嘴完全浸沒在鹽酸溶液中，浸泡約30s，徹底清除其表面的銹蝕。

（3）活化

將噴油嘴完全浸沒在體積分數(shù)為10%的稀硫酸溶液中，以均勻小氣泡不間斷地從表面溢離脫附為判斷活化程度的標準。

（4）預(yù)鍍

為了確保鍍鎳層與噴油嘴表面結(jié)合牢固，在化學鍍鎳前進行預(yù)鍍。預(yù)鍍與后續(xù)化學鍍鎳采用相同組分的鍍液：硫酸鎳30g／L，氯化鎳30g／L，醋酸鈉20g／L，次磷酸鈉25g／L，乳酸25g／L。

（5）化學鍍鎳

化學鍍鎳過程中，采用機械攪拌促使鍍液均勻分散，并使鍍液溫度恒定在80℃。

（6）清洗

清洗貫穿于化學鍍鎳工藝流程的始末，幾乎每道工序結(jié)束后都需經(jīng)過清洗，目的在于清潔被鍍基體，避免各工序處理液間交互污染。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學鍍鎳層的形貌

采用Talysurf CCI 2000型白光干涉三維輪廓儀觀察化學鍍鎳層的三維形貌，并采用JSM-6390型掃描電子顯微鏡觀察其微觀形貌和截面形貌，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知：化學鍍鎳層表面較平滑，組織較致密，并且不同位置處的厚度均為10μm左右，呈現(xiàn)出典型的均勻性和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征。這與文獻［5-6］中關(guān)于化學鍍鎳層形貌結(jié)構(gòu)的描述相吻合。

圖1 化學鍍鎳層的形貌

2.2 化學鍍鎳層的結(jié)合強度

參照《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學沉積層 附著強度試驗方法評述》（GB／T 5270—2005），依次采用銼刀試驗法和劃痕試驗法測試化學鍍鎳層與基體的結(jié)合強度。沿著與化學鍍鎳層表面呈45°的方向斜向上銼，化學鍍鎳層未出現(xiàn)局部翹曲、揭落和脫離基體的跡象。用硬質(zhì)金剛石刀具進行加壓劃痕試驗，劃痕區(qū)域內(nèi)的化學鍍鎳層與基體結(jié)合牢固。

2.3 化學鍍鎳層的顯微硬度與耐磨性

在HV-1000型高精度顯微硬度計上，隨機選取五個不同位置，施加載荷0.5N 并保持10s，測試化學鍍鎳層的顯微硬度。測得的數(shù)值依次為5 434 MPa、5 536 MPa、5 391 MPa、5 523 MPa和5 476 MPa，平均值為5 472 MPa。該數(shù)值高出硬鎳標準（3 000～5 000 MPa）。分析認為，非晶態(tài)組織和致密結(jié)構(gòu)是化學鍍鎳層顯微硬度較高的主要原因。依據(jù)材料學理論，材料的耐磨性與顯微硬度間存在定性關(guān)系，即顯微硬度高通常意味著耐磨性好。由此推斷，呈現(xiàn)出非晶體組織和致密結(jié)構(gòu)的化學鍍鎳層也有助于增強汽車噴油嘴表面的耐磨性。

2.4 化學鍍鎳層的耐酸腐蝕性

以質(zhì)量分數(shù)均為12%的鹽酸溶液和硫酸溶液為介質(zhì)，采用完全浸沒腐蝕法，以腐蝕速率為指標評價化學鍍鎳層的耐酸腐蝕性。經(jīng)相同時間腐蝕，測得化學鍍鎳層在鹽酸溶液和硫酸溶液中的腐蝕速率分別為3.5×10-4mg／（mm2·h）和2.3×10-4mg／（mm2·h）。圖2為化學鍍鎳層腐蝕后的三維形貌與微觀形貌。由圖2可知：雖然表面存在著較多因腐蝕而形成的不規(guī)則微凹坑，但并未顯現(xiàn)較大的孔洞甚至是腐蝕穿孔的狀況。這表明非晶體組織和致密結(jié)構(gòu)的化學鍍鎳層有效發(fā)揮阻礙腐蝕進程、抑制腐蝕擴展的作用，賦予汽車噴油嘴表面良好的耐酸腐蝕性。

圖2 化學鍍鎳層腐蝕后的三維形貌和微觀形貌

3 結(jié)論

采用化學鍍鎳工藝對汽車噴油嘴表面進行防護與強化。表征了化學鍍鎳層的形貌、結(jié)合強度、顯微硬度和耐酸腐蝕性。得出結(jié)論：化學鍍鎳層與基體結(jié)合牢固，呈現(xiàn)出均勻平整的形貌和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征，賦予汽車噴油嘴表面良好的耐酸腐蝕性。

［1］李寧.化學鍍實用技術(shù)［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2012.

［2］趙鵬，王維德.化學鍍鎳技術(shù)及其研究進展［J］.新技術(shù)新工藝，2007（10）：100-102.

［3］辛建安.鋁合金輪轂化學鍍鎳處理新工藝［J］.電鍍與涂飾，2001，20（5）：25-27.

［4］玄兆豐，劉景輝，王立夫，等.AZ91D鎂合金直接化學鍍鎳工藝的研究［J］.汽車工藝與材料，2005（8）：20-21.

［5］張勇，安振濤，閆軍，等.低溫、高速、高穩(wěn)定性化學鍍鎳研究進展［J］.表面技術(shù)，2008，37（6）：81-83.

［6］溝引寧，黃偉九，陳文彬.以硫酸鎳為主鹽的環(huán)保型鎂合金化學鍍鎳工藝［J］.腐蝕與防護，2010，31（3）：225-228.