镍磷化学镀技术在换热器中的应用

镍磷化学镀技术是近年发展起来的先进的金属表面防护技术,是利用化学镀工艺在金属或非金属表面形成一层均匀的非晶化镍磷金属镀层,将基体材料与腐蚀介质隔离开,利用镍磷金属镀层良好的耐蚀性能可达到防腐的效果。

一　化学镀技术简介

化学镀是通过溶液中适当的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下还原而进行的金属沉积过程,也叫无电解镀或者自催化镀。化学镀的实质是化学氧化还原反应,有电子转移,无外电源的化学沉积过程。镍磷化学镀是最具代表性的化学镀技术之一。

二　镍磷化学镀镀层性能

2.1耐蚀性能

镍磷化学镀镀层由胞状组织构成,非晶态镍磷合金是均一的单相体系,不存在晶界、位错等组织缺陷以及化学成分偏析,亦不会产生晶间腐蚀和应力腐蚀,耐点蚀性能远比晶态合金好。

镍磷化学镀镀层的耐蚀性与镀层磷含量有关,也与镀层孔隙率有关。镀层按磷含量分为低磷镀液、中磷镀液和高磷镀液。低磷镀液磷质量分数为0.5%～5%,采用此类溶液获得的镀层是晶态结构,具有硬度高、耐磨、耐碱腐蚀特点。中磷镀液磷质量分数为6%～9%,采用此类溶液获得的镀层为晶态和非晶态共同体,镀层既耐腐蚀又耐磨,在工业中应用最为广泛。高磷镀液磷质量分数为9%～12%,采用此类溶液获得的镀层为非晶态,呈非磁性,主要用于计算机硬盘的底镀层以及电子仪器防电磁波干扰的屏蔽层,在酸性介质中耐腐蚀性好。

非晶态镍磷合金镀层是用浸渍方法,在镀件表面发生自催化反应形成的,不用外加电流,不受电力线遮蔽的影响,避免了电镀所固有的边角效应。因此,在任何形状复杂的镀件上,凡是浸得到的地方都可以得到厚度一致的均匀镀层,镀层孔隙率较低,故耐蚀性很好。

2.2耐磨性能

耐磨性是材料在一定摩擦条件下表现出的抗磨损能力,耐磨性与硬度有直接关系。一般来说材料硬度越高越耐磨,镍磷化学镀镀层硬度很高,可达50ＨＲＣ～55ＨＲＣ。如果经300～400℃热处理后,镍磷化学镀镀层硬度可提高到65ＨＲＣ～70ＨＲＣ,故有较好的耐磨性。

三　镀层耐腐蚀性能测定

(1)环烷酸腐蚀环境镍磷化学镀镀层在温度低于180℃的环烷酸腐蚀环境中具有良好的耐蚀性能;在180～300℃的环烷酸腐蚀环境中,随着温度升高耐蚀性能降低;在300℃以上环烷酸腐蚀环境中,镍磷金属镀层开始晶化,出现晶间腐蚀,抗蚀性能急剧下降。

(2)硫、硫氢气腐蚀环境镍磷化学镀镀层在硫、硫氢气腐蚀环境中具有良好的耐蚀性能,且其受温度变化的影响比较校如果对镍磷金属镀层在400～600℃下进行约为1ｈ的热处理,就可以提高镍磷金属镀层在高温硫、硫氢气腐蚀环境中的耐蚀性能。

(3)氨硫化氢水腐蚀环境镍磷化学镀镀层在氨硫化氢水腐蚀环境中耐蚀性能较好。

(4)水腐蚀环境镍磷化学镀镀层在水腐蚀环境中不受水中氯离子含量的影响,具有良好的耐蚀性能。

四　镍磷化学镀技术应用

从2000年12月起,我公司先后在南蒸馏装置的13台换热器上采用镍磷化学镀防腐管束应用在低温水腐蚀环境中的5台冷却器管束连续使用55个月镀层完好。应用在低温环烷酸环境中的4台换热器管束分别连续使用30个月和23个月镀层完好。应用在高温环烷酸环境中的4台换热器管束在使用23个月和17个月后,分别在管板局部和管头局部出现腐蚀,管体镀层完好。

五　腐蚀原因及改进措施

镍磷化学镀设备容易发生腐蚀的部位主要集中在换热管管头或者管板等机加工部位、焊道部位以及管束表面的凹陷部位等,这些部位由于存在边角或者尖锐突起,造成局部镀层孔隙率较大,因镍磷化学镀镀层的电位高于管体的电位,故在有孔隙的部位会产生电化学腐蚀。另外,作业施工中夹持部位镀层的破损及表面硬伤也是造成镀层腐蚀破坏的主要原因。