InternalCombustionEngine&Parts
气缸套表面Ni-P涂层的制备及组织性能分析
高磊：张红菊：徐超（中原内配集团股份有限公司）
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摘要：研究了贝氏体基体灰铸铁气缸套表面化学镀Ni-P层的制备及结构形貌分析。结果表明：化学镀Ni-P层形貌为胞状结构，镀层沉积厚度较为均匀；在200℃~500℃湿度下对化学镀Ni-P层进行保温不同时间的热处理，镀层结构由非晶态向晶态转变，硬度值电随之增加，在200℃时镀层发生结构驰豫，300℃时镀层结构完全晶化，经过300℃保温1h热处理后层的硬度可以达到HV870. 随着温度的继续升高，Ni3P析出相开始聚集长大而粗化导致硬度下降
Abstract: The preparation and structure morphology of electroless NiP plating on the surface of bainite matrix gray cast iron cylinder liner had been studied. The results show that eleetroless Ni-P plating had a cellular structure and the plating thickness was uniform. The plating changed from amorphous to crystalline after heat treatment at 200°C_500°C, whose hardness had increased. The structure relaxation and fully crystallization of coating appeared at 200°C and 300°C respectively. The hardness decreased with the aggregation growth and coarsening of Ni3P precipitated phase with the temperature increasing.
关键词：灰铸铁；化学镀Ni-P层；硬度
Key words: gray cast iron; electrolessNiP plating; hardness
0引言
气缸套是内燃机中重要的零部件，常常处于高温、高腐蚀、高冲击负荷及摩擦环往复摩擦的恶劣环境中，很容易在工作中磨损或穴蚀失效，导致内燃机故障或者报废2。为提高材料的耐磨性及耐蚀性，化学镀镍技术因镀层具有优异的性能，如高硬度、高耐磨性、较好的耐蚀性，以及操作便捷，质量可靠，在加工生产过程中没有产生毒害物质，在各工业领域得到广泛的应用04。化学镀镍层在钢铁材料上已得到了广泛应用，但是在铸铁材料上的应用却鲜有报道。本文将化学镀镍工艺应用到贝氏体基体灰铸铁气缸套材质表面，并对其表面Ni-P涂覆层的组织性能及结构形貌进行分析。
1实验材料及方法
本次试验采用化学镀镍工艺在灰铸铁（贝氏体基体）上制备镍磷合金非晶镀层，选择灰铸铁作为基体材料，其主要化学成分（wt%）为2.93C、0.036S、2025Si、0.061P、 0.481Mn0.052Cr.0.003B,0.347Cu、1.261Ni.0.863Moo
将试样表面分别在280#、400#、600#、800#、1000# 2000#的水砂纸上按顺序打磨，确保试样表面光洁无划痕，并将试样放入除油液和酸活化溶液中分别进行除油和活化。
镀液pH值范围为4.7~5.2，镀液温度控制在88±2℃。在此温度下恒温，将镀件放入镀液中，施镀30min，60min， 90min，120min，150min后分别取出，施镀过程中需要轻微搅拌锻液，使温度和镀液分布均匀。接着将镀后工件放入室温水中清洗2min后，再用热纯水清洗1min，取出镀件风干，然后用磁性测厚仪检测镀层厚度。
选取镀层厚度适宜的试样分别进行八组不同的热处理实验，每组两个，热处理工艺如表1。实验时，当炉温恒定在200℃，用酒精溶液把试样擦洗干净，放入电阻炉中保温1h后取出，在空气中冷却，冷到室温。其他几组试样设定好温度后重复以上步骤。
2试验结果与分析
2.1镀层厚度结果分析万方数据
温度时间
200℃ Th
300℃
表1热处理工艺
300℃
10min
30min
300%℃ 1h
300℃ 2h
300℃ 3h
400℃ Ih
500℃ Th
采用Mikrotest磁性测厚仪检测镀层厚度，测厚仪检测镀层厚度需要减去镀前缸套的表面基准值，施镀前表面基准值平均值为0.005mm，镀镍层厚度的真实值如表 2所示。
表2镀层厚度值
平均值/
施镀时间 30min 60min 90min 120min 150min
0.005 0.011 0.014 0.022 0.027
键层厚度值/mm
mm
s000 o10ro 0.015 0.022 0.028
0.006 o1oro 0.014 0.024 1E00
0.005 0.009 0.015 0.023 0.028
0.004 0.009 0.016 0.021 0.029
sooro 0.0098 0.0148 0.0224 0.029
试样的镀层厚度随着施镀时间的增长而增加，当镀层过厚时，其应力大，表面变得粗糙且容易脱落，镀层最佳厚度0.015-0.025mm，施镀120min为最佳施镀时间。
2.2镀层硬度结果分析
化学镀镍磷2h，镀层在不同温度下保温1h后试样的显微硬度如图1所示，从图1中可以看出：随着热处理温度的升高，试样的硬度随之而增加，在300℃时达到最大值，之后随着温度的继续升高硬度反而下降。这是由于随着热处理温度的升高，磷原子的连续扩散和聚集，造成材科的晶格畸变程度的不断增大，导致镀层硬度的逐增加，而当扩散到镍晶体某些特定晶面上的磷原子数量达到能使过饱和固溶体分解，析出一定量的第二相NiP时，使会产生显著的沉淀硬化效应而使镀层硬度达到最大值，此后Ni,P的进一步长大和粗化会导致沉淀硬化作用的减