文/顧明華·荊州市八方電鍍化工有限公司

　　作者簡介

　　顧明華，高級經(jīng)濟(jì)師，從事工業(yè)經(jīng)濟(jì)和企業(yè)管理工作40余年。現(xiàn)就職于荊州市八方電鍍化工有限公司，任總工程師，主要從事化學(xué)鍍鎳磷合金技術(shù)在工業(yè)化實(shí)踐中的運(yùn)用與推廣。曾撰寫和發(fā)表了多篇有關(guān)化學(xué)鍍鎳技術(shù)、工藝及其運(yùn)用的論文。
 

　　化學(xué)鍍鎳磷因其優(yōu)異性能，被廣泛用拓油機(jī)械工業(yè)。但隨著技術(shù)要求的不斷提高，用戶對鎳磷鍍層提出了新的要求。本文針對在生產(chǎn)中出現(xiàn)的閂題，經(jīng)多年踐行及驗(yàn)證，提出確定最佳工藝條件。

　　化學(xué)鍍鎳磷合金具有耐酸、堿、鹽，耐磨，鍍層均勻等優(yōu)異性能，特別是在含硫化物和二氧化碳介質(zhì)中突出的耐蝕性，使得其在石油機(jī)械產(chǎn)品中有良好的應(yīng)用。

　　本文針對在施鍍過程中出現(xiàn)的問題和解決的途徑進(jìn)行闡述，期望與從事化學(xué)鍍鎳技術(shù)的同仁交流，在提高質(zhì)量，降低成本，創(chuàng)新、拓寬先進(jìn)功能產(chǎn)品技術(shù)上，互相借鑒和參考。

石油機(jī)械產(chǎn)品對鍍層要求

　　石油機(jī)械設(shè)備大多暴露在氫化物、硫化物、二氧化碳、鹽水、海水等惡劣的環(huán)境下，并還兼有吸入泥沙引起的磨損和高達(dá)280℃高溫的浸蝕。因此，設(shè)備的腐蝕、磨損十分嚴(yán)重。

　　工藝上，要求鍍層厚度在0.03~0.09mm，單邊均勻誤差2μm;鍍層硬度≥50HRC;有的產(chǎn)品硬度≥65~70HRC；要求耐腐蝕性在中性鹽霧（NSS）試驗(yàn)后，滿足經(jīng)120h達(dá)到10級（未出現(xiàn)明顯腐蝕缺陷）；還有的要求更苛刻，工作面鍍層粗糙度Ra0.4μm,不允許有針孔，每件產(chǎn)品小于0.38mm的針孔不超過3個；中心孔及其非鍍區(qū)要進(jìn)行遮蔽等等。

　　有些用戶還簽訂化學(xué)鍍鎳技術(shù)協(xié)議，每批產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)試片，隨產(chǎn)品同槽鍍覆，若未達(dá)到規(guī)定的性能要求，有權(quán)索賠。

化學(xué)鍍鎳應(yīng)用及工藝操作

　　化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層規(guī)范和試驗(yàn)方法的最新指南，是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13913一2008/ISO4527:2003，采用自制的中磷酸性化學(xué)鍍鎳液，確定工藝技術(shù)參數(shù)和流程。

　　鍍液組成及操作條件

　　鍍液的組成為25g/L  NiS04·6H20,30g/L的NaH2P02，15g/L的CH3C00Na·3H2，DL一蘋果酸十甘氨酸+乳酸，45mg/LKI,20mg/LCuso4·5H20;pH值在4.5~5.0，溫度為85~90℃；硫酸鎳、次磷酸鈉和其他材料均選用食品級，且鍍層達(dá)到歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn)。

　　工藝流程

　　鍍件→有機(jī)溶液除油→滴干→化學(xué)除油（40g/LFc一4370H）→熱水（≥80℃）→冷水→化學(xué)除油（30g/LFc一4370H）→熱水（≥80℃）→冷水→活化（10~15%HCL）→冷水→中和預(yù)熱（5%Na0H、80℃純水）一化學(xué)鍍鎳→冷水→熱純水（≥80℃）→晾干（吹干）→冷卻→檢驗(yàn)→包裝→出廠。

　　一般45鋼材料和鍍層厚度≤0.03mm的工件，如油田套管、泵體和井下工具及供油總管、回油管匯等可按以上工藝操作進(jìn)行，均得到良好的鍍層。

　　45鋼和20~40GrMo的材料，鍍層厚度在0.06~0.09mm的鍍件，必須要配制專用的鍍液且添加潤濕劑和加強(qiáng)前處理，方可達(dá)到鍍層的要求。

　　如固井壓裂機(jī)組配套的十字接頭、連桿等直徑76~152mm、長度在200~360mm的產(chǎn)品；鍍層厚0.05~0.08mm；1~3時高壓管匯中旋塞，鍍層厚0.07~0.09mm,鍍后熱處理硬度65~70HRC。因此，對鎳磷鍍層提出了特殊要求。

優(yōu)化鎳磷鍍工藝的有效途徑

　　前處理是保證鍍層質(zhì)量的前提。電鍍產(chǎn)品質(zhì)量問題的80%以上都出在前處理工序。鎳磷鍍前處理則顯得更加重要，特別是石油機(jī)械產(chǎn)品的鍍，一般選用鈣鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理27~31HRC，滲碳0.05~0.1mm。工件形狀復(fù)雜、多孔和內(nèi)、外有螺紋及盲孔等；多數(shù)零件采用20~40CrMo的合金鋼，均經(jīng)過不同工藝的熱處理，為保證鍍層與基材的結(jié)合，各道工序之間必須徹底清洗，鍍件在沖洗槽中停留時間不少于2min己成為獲取質(zhì)量良好鍍層的重要條件。

　　按前面敘述的典型前處理工藝外，要注意有些鍍件上有殘磁，要用消磁機(jī)消除材料上的磁性。除油后，要在大于80℃熱水中清洗，把粘附的氧化鈉（堿液遇到鹽酸生成物）除凈；在保護(hù)非鍍面和中心孔時，嚴(yán)禁用裸手操作，以防手脂油的污染；清理好的工件，要妥善存放好、防止第二次污染，待生產(chǎn)用；生產(chǎn)前仍要再次加強(qiáng)清洗，并用80℃以上熱純水，把粘附臟物、油污再次徹底清洗干凈；要在配制1：1活化液中，浸蝕1~3min，再經(jīng)冷水洗→熱純水浸后，方可入專用的鍍槽，并攪拌、循環(huán)鍍液，要始終保持鍍液的流動性和穩(wěn)定性。

　　另外，做好中心孔保護(hù)是需第二次磨削的關(guān)鍵。在高壓管匯元件中，旋塞的非鍍面保護(hù)，特別是中心孔的保護(hù)是夫系到鍍件施鍍尺寸達(dá)到要求，保證質(zhì)量的難點(diǎn)。在實(shí)踐中我們采用了多種辦法，涂阻鍍液、用環(huán)氧樹脂材料堵塞、金屬夾具等等，仍然未完全解決中心孔的保護(hù)，使廠家在第二次磨削中尺寸偏位造成鍍件返修、甚至報(bào)廢。

　　在前處理過程中，增加了一道專有的清洗、保護(hù)工序，先要將中心孔除油，徹底清洗干凈。在工件經(jīng)熱水清洗后，將“三和”牌密封膠滴入，經(jīng)數(shù)小時干燥、固化后再使用；這種密封膠鍍前、鍍中耐堿、耐酸、耐溫，鍍后完整無損，而且也很易取下。工件經(jīng)熱處理后的第二次磨削加工，中心孔的位置和尺寸都保證了加工質(zhì)量。

　　鎳磷鍍層的磨削加工，要正確對待。要選用綠色碳化硅或白剛玉砂輪，粒度60~80#,硬度中軟，組織狀態(tài)中等，其尺寸和形狀視零件而定；同時要計(jì)算好磨削用量，確定砂輪和工件的轉(zhuǎn)速及切削深度和走刀量。同時，要注意鎳磷合金鍍層磨削時無火花，加工時，鍍層表面應(yīng)涂上紅丹油，以便對刀。否則，容易將鍍層磨損。

　　鎳磷鍍層在85℃左右的溫度，厚的鍍層施鍍時間在6~7h條件下進(jìn)行，石油機(jī)械零件，內(nèi)外有管螺紋、連接頭的端面、內(nèi)孔尺寸精度要求高，而且，都要保護(hù)。選用的保護(hù)材料，要耐高溫、耐酸、粘結(jié)力強(qiáng)、鍍后易撕下，工件表面無殘留膠；我們在生產(chǎn)中選用鴻富達(dá)特種膠粘帶（蘇州）公司生產(chǎn)的T×75電鍍膠帶及定制生產(chǎn)的專用尺寸膠片。使用非常方便，耐高溫、耐溶劑、粘性佳，又便于撕下，確保了用戶對鍍件非鍍面的尺寸要求。

　　鍍液質(zhì)量是保證鍍層質(zhì)量的基礎(chǔ)。

　　化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)過程是一個自催化的氧化-還原過程。以次磷酸鈉作還原劑的酸性鍍液，次磷酸鈉被氧化生成亞磷酸鹽懸浮于鍍液中或沉淀在鍍件上。因此，生產(chǎn)過程中，要適時補(bǔ)充濃縮液，以維護(hù)鍍液的穩(wěn)定性。

　　在生產(chǎn)過程中，對鍍層≥0.06mm的鍍層，由于施鍍時間一般要五個小時左右，無論采用何種循環(huán)、攪拌，甚至對工件移動或振動，若潤濕劑未達(dá)到一定的比例，在鍍件的上端面或者經(jīng)第二次磨削加工后，鍍層上的針孔，顯而易見。

　　為防止針孔，要在鍍液中添加潤濕劑十二烷基硫酸鈉。一般資料上介紹，添加量在0.05~0.1g/L之間，超量將影響鍍層的質(zhì)量。經(jīng)多年的生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，配方量要達(dá)到0.75g/L,并在鍍液升溫到≥80°C時，在攪拌或循環(huán)條件下緩慢加入；因生產(chǎn)過程中消耗和帶出量較大，每次開缸時，仍要按0.025g/L的量再補(bǔ)充。

　　生產(chǎn)前，取一根Φ2mm的鐵絲，做成Φ90mm的圓環(huán)，垂直放入鍍液中，然后輕輕提起，如圓環(huán)內(nèi)液膜當(dāng)即破裂、說明溶液中潤濕劑含量少、可按0.02g/L十二烷基硫酸鈉再補(bǔ)充。按此辦法施鍍的工件表面，光潔如鏡，無針孔，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　在應(yīng)用中，鍍液的維護(hù)和控制是非常重要的。

　　化學(xué)鍍鎳時鎳離子消耗，還原劑濃度減少等問題，隨時影響化學(xué)鍍鎳液的穩(wěn)定性。可以說這是化學(xué)鍍鎳工藝難以掌握的主要原因。一般情況下，要按化驗(yàn)室分析結(jié)果，按比例添加濃縮液和穩(wěn)定劑、光亮劑。對鍍層厚度大于0.06mm,定時分析Ni2+離子濃度和調(diào)整pH值非常重要，生產(chǎn)過程中每鍍一小時或槽液有異向時，要分析硫酸鎳的濃度，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果計(jì)算所需添加的補(bǔ)充液，維護(hù)鍍液的穩(wěn)定。

　　鎳離子濃度的調(diào)整和控制是化學(xué)鍍鎳工藝最基本的管理項(xiàng)目，它決定了鍍層的沉積速度和鍍層質(zhì)量。同時，要控制好溫度和pH值。溫度對沉積速度影響極大，一般控制在85~90℃，新配鍍液先取下限，以維持沉積速度的穩(wěn)定。由于pH值的高低將會影響鍍液的穩(wěn)定性，必須加強(qiáng)控制。

　　在實(shí)踐中逐步摸索做鍍層厚0.06~0.09mm，Ni2+含量取上限，溫度和pH值低一點(diǎn)的操作辦法。即：Ni2+含量≥25g,溫度83±1℃，pH值4.4±1，鍍速控制在10~12μm/h；鍍液在生產(chǎn)中要過濾，鍍液中的沉積物、鍍槽、加熱管和掛具表面的鎳層及雜物，應(yīng)及時清除或用褪鍍液退除；當(dāng)發(fā)現(xiàn)鍍液生成氣泡，顏色變淡，這就顯示了鍍液已發(fā)生自然分解，應(yīng)盡快進(jìn)行處理，一般補(bǔ)加2g/L蘋果酸、2m1/L乳酸等絡(luò)合劑。按以上維護(hù)和控制辦法，加工的鍍件光潔一致，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、深受用戶好評。鍍液一般可用6~8個周期。

擴(kuò)寬化學(xué)鍍鎳的優(yōu)勢

　　用鎳磷鍍層代替鍍硬鉻在工業(yè)中應(yīng)用己非常成功，特別是形狀復(fù)雜的工件、如油田抽油泵筒、管套、泵體、液壓管件等，不僅可以消除六價鉻對環(huán)境的污染，而且可以省略鍍后的研磨、大大提高了生產(chǎn)效益。

　　化學(xué)鍍鎳與電鍍硬鉻的比較、存在的不足和差距，主要是鍍態(tài)的硬度；鎳磷合金硬度500~650HV，硬鉻硬度800~900HV；鎳磷鍍層需經(jīng)過熱處理后，才能達(dá)到900~1100HV；而在施鍍的方法上，結(jié)合力、孔隙率和均勻度上優(yōu)于硬鉻。從市場上反饋的信息來看，選擇熱處理的鎳磷鍍層的潛力很大。

　　提高鎳磷鍍層硬度的熱處理工藝；熱處理溫度400℃，處理時間1h；為防止工件表面產(chǎn)生有色的氧化物，熱處理工序要在惰性和還原性氣氛或真空環(huán)境下進(jìn)行。

　　一般電鍍企業(yè)，受生產(chǎn)條件和技術(shù)限制，不能滿足用戶的要求，均放棄了加工厚的鎳磷鍍層和需要熱處理的加工業(yè)務(wù)，使化學(xué)鍍鎳技術(shù)的推廣和發(fā)展受到一定的影響和制約。

　　提高硬度和耐磨性的熱處理采用鑄鐵粉末，放入專用鐵盒里，將鍍件完全保護(hù)好的辦法，可替代需用保護(hù)氣體或使用真空爐的要求。按以上熱處理工藝升溫到400℃，處理1h后，再緩慢隨爐溫自然冷卻到室溫，取出工件、清理，鍍層外觀光澤一致、無變色。多年來，熱處理的產(chǎn)品，經(jīng)石油機(jī)械廠的檢測中心和機(jī)械工業(yè)表面覆蓋層產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，采用M型顯微硬度計(jì)和MVD一1000JMT2型微氏硬度計(jì)，檢測的結(jié)果，鍍層硬度未經(jīng)熱處理時為（500~600）HV0.918，經(jīng)熱處理后達(dá)到（921~1017）HV0.918。

結(jié)論

　　對石油機(jī)械產(chǎn)品中鎳磷鍍層的特殊要求，在生產(chǎn)實(shí)踐中，探索新的途徑，確定最佳工藝條件，全面滿足用戶需求。

　　在鎳磷鍍層0.07~0.09mm施鍍中，優(yōu)化鍍液配制，加強(qiáng)前處理，做好中心孔和非鍍面的保護(hù)，提高硬度的熱處理辦法和第二次磨削需正確操作等工藝控制要素。

　　化學(xué)鍍鎳磷合金的溶液十分敏感，因其濃度、溫度、pH值控制范圍較窄，使用和生產(chǎn)中要特別關(guān)注每一個環(huán)節(jié)的變化，操作中要加強(qiáng)控制、跟蹤分析、嚴(yán)格執(zhí)行工藝。同時，隨著工藝的廣泛應(yīng)用，在工業(yè)化實(shí)踐中要進(jìn)步的創(chuàng)新、發(fā)展和提高。