【摘要】 TiB2微粒具有硬度高、耐副食、化學穩定性好、熔點高及導電性好的顯著特點。本文研究把TiB2作為一種分散相添加進Ni-P化學鍍液中，獲得Ni-P-TiB2陶瓷復合鍍層的最佳工藝和復合鍍層性能。
　　
　　二硼化鈦(TiB2)是一種新型陶瓷材料，由于硬度高達2650HV，所以一直被認為是抗磨鍍層的一種良好的可選材料。然而，常規的涂覆工藝卻不能沉積出能適用于工業上使用，并具有足夠機械強度、充分厚度的TiB2鍍層。
　　
　　本文通過實驗研究獲得性能優良Ni-P-TiB2陶瓷復合鍍層的最佳工藝條件和復合鍍層性能。
　　
　　
　　一、試驗條件
　　
　　1．鍍液組成
　　
　　鍍液成分為：乙酸鎳20g/L，甘氨酸10g/L，次亞磷酸鈉16g/L，硫脲1mg/L，表面活性劑25mg/L，TiB22～9g/L，pH值5.0～5.5，溫度83～85℃。
　　
　　2．TiB2顆粒的鍍前處理
　　
　　TiB2微粒在鍍覆前需進行清洗和活化處理，并用陰離子表面活性劑進行親水處理。過程大體是用20％鹽酸溶液除雜質，再用蒸餾水沖至中性，然后去除底部沉淀物，把TiB2微粒烘干。在研缽中將TiB2微粒與表面活化劑充分研磨30～60min后，將粉體倒入沒有加人次亞磷酸鈉的鍍液中浸潤3～4h，在浸潤過程中要連續地攪拌，使TiB2微粒能與表面活性劑和鍍液充分接觸潤濕并懸浮。
　　
　　二、試驗結果分析
　　
　　1．微粒添加量的影響
　　
　　當微粒添加量較小時，鍍層中TiB2共析量幾乎與之呈直線增加；當TiB2添加量>5g/L時增加趨勢逐漸平緩；TiB2添加量再增加時，TiB2共析量減小，同時，TiB2微粒的添加使復合鍍層沉積速度減小(如圖1所示)。
　　
　　2．溫度的影響
　　
　　鍍液溫度對沉積速度及TiB2共析量的影響如圖2所示。當溫度低于65℃時沉積速度幾乎為零；在70～85℃之間沉積速度呈線性增加；而大于85℃時它的沉積速度驟降，這是由于溫度太高致使體系處于不穩定狀態，還原劑自分解反應加快而引起。在這種情況下TiB2在鍍層中的重量也顯著下降，但共析量卻仍增大，得到的鍍層表面粗糙且有瘤狀物，是不合格的鍍層。
　　
　　3．攪拌速率的影響
　　
　　本試驗采用機械攪拌的方式，并且采用問歇攪拌。圖3是間歇時間與攪拌時間之比對沉積速度及TiB2共析量的影響，攪拌速度恒定為150r/min，攪拌時間均為30s。由圖3可知，攪拌對共析量的影響有一個最佳值，這種現象完全符合Guglielmi的“兩步吸附理論”。間歇時間逐漸增長，沉積速度略有下降，這是由于攪拌能使鍍件上析出的H2氣泡迅速脫離表面，使TiB2顆粒和基質金屬能充分與鍍件表面接觸。
　　
　　4．pH值對沉積速度及共析量的影響
　　
　　如圖4所示，當pH<3時沉積速度幾乎為零，隨著pH值的增大沉積速度急速增大，pH值達到5.0時沉積速度曲線呈現平緩趨勢，pH值大于6時Ni2+易水解而使鍍液出現渾濁。
　　
　　5．鍍液中負載因子的影響
　　
　　為避免在短時間內鍍液濃度變化過大，有必要限制在一定體積的鍍液中放入鍍件的數量。通常認為，在每升化學鍍液中，同時浸入的鍍件面積不應超過125cm2。隨著負載因子的加大，沉積速率降低，當負載因子超過1dm2/L時鍍層的沉積速度下降很快。
　　
　　6．表面活性劑的影響
　　
　　加入表面活性劑對鍍層的組織成分影響很大，在很大程度上影響了鍍層的硬度、耐磨性和鍍層內應力，合理選用表面活性劑的種類和合理的添加量，在很大程度上影響了復合化學鍍的成敗及鍍層的好壞。本試驗選用的表面活性劑為合成高分子活性劑，經考察鍍層組織及成分，發現高分子表面活性劑對本鍍液比較適合，顆粒在溶液中分散狀況好，鍍層沉積速度快，鍍層致密，結合強度好，硬度高，顆粒在鍍層中分散均勻，鍍層晶粒較細。高分子活性劑屬于陰離子型高分子活性劑，它們在水中溶解時，隨pH值不同，其離解狀態也不同，溶解度和溶液的粘度也有變化。濃度不同，起分散作用的能力也不同。濃度低時，高分子表面活性劑的分子吸附在兩個粒子上，將兩個粒子連接在一起，而導致凝聚作用：濃度高時，高分子表面活性劑分子包圍住粒子，可防止粒子凝聚，起分散作用。對于疏水性的固體粒子在水中分散時，使用陰離子高分子表面活性劑作分散劑最好，表面活性劑分子在固體顆粒上定向吸附后，分散離子帶有電荷，形成雙電層，使分散體趨于穩定。
　　
　　三、Ni-P-TiB2復合鍍層性能
　　
　　1．鍍層結合強度
　　
　　將鍍件夾在臺鉗中，用粗齒銼刀銼鍍層的邊棱。銼刀與鍍層表而約成45℃，由基體金屬向鍍層方向銼，鍍層并沒有揭起或脫落，表明Ni-P-TiB2復合鍍層不會因TiB2作為分散相而使復合鍍層附著性變壞，鍍層具有良好的結合強度。熱處理對鍍層的結合強度的提高，是由于在400℃以上的熱處理后，基質金屬和基體相互擴散融合而加強了兩者的結合強度。
　　
　　2．鍍層的硬度
　　
　　經過測定不同溫度熱處理的Ni-P-TiB2鍍層的硬度，結果見圖5。圖5表明，在400℃下熱處理后，可使Ni-P-TiB2的硬度達到最大。
　　
　　3．鍍層的耐磨性能
　　
　　經磨損試驗和觀察Ni-P-TiB2復合鍍層(400℃×1h)摩擦磨損表面SEM照片，證明Ni-P-TiB2鍍層的耐磨性能是比較優越的。
　　
　　四、結語
　　
　　(1)采用合理的復合鍍工藝可獲得結合強度良好、硬度高、耐磨性能良好的Ni-P-TiB2鍍層。
　　
　　(2)獲得Ni-P-TiB2復合鍍層的最佳工藝條件為：溫度84℃，pH值5.3，TiB2微粒量6g/L，攪拌方式為間歇攪拌，間歇比1:7，負載因子1dm2/L。
　　
　　(3)Ni-P-TiB2復合鍍層經400℃熱處理后，明顯提高了硬度，也能提高耐磨性能。
　　
　　(4)TiB2微粒的憎水性比較強，所以在鍍前微粒處理時，應有比較長的攪拌浸潤時間。如果浸潤時間太短，復合鍍層中微粒的含量較低，甚至于微粒不能與鎳磷共沉積，將直接影響鍍層質量。