Q460 钢化学镀Ni-Cr-Y 的研究

王灼英

（西昌学院 工程技术学院，四川 西昌615013）

0 前言

Q460 钢是建筑业常用的一种低合金高强度钢［1-2］。随着建筑业的飞速发展，Q460钢的需求量不断增加。但Q460 钢的耐蚀性难以满足市场需求，需采用新技术来提高其耐蚀性［3-4］。本文采用化学镀方法在Q460钢表面制备了Ni-Cr-Y 镀层，并对其进行了孔隙率、结合力、耐蚀性和耐磨性测试。

1 实验

1.1 实验材料

基材为Q460钢，其尺寸为Ф20mm×50mm。采用Q8型台式直读光谱仪和HW2000型高频红外硫磷分析仪对基材进行化学成分分析。分析结果为：C 0.182%，Si 0.386%，Mn 1.521%，V 0.136%，Nb 0.042%，Ti 0.015%，Al 0.018%，P 0.021%，S 0.017%，Cr 0.612%，Ni 0.623%。

镀液配方及工艺条件：NiSO4·6H2O 14g／L，NaH2PO2·H2O 9 g／L，CrCl3·6H2O 15 g／L，YCl3·6H2O 0.4g／L，稳定剂（水溶性有机物）2.5 g／L，配位剂（羧酸盐）75mL／L，pH值（12.3±0.2），装载量1.2dm2／L，（85±3）℃，15min。

1.2 实验方法

（1）元素分布

采用SEM6510型扫描电镜和PDS-100G 型能谱仪对镀层进行元素分布分析。

（2）孔隙率

采用贴滤纸法测试镀层的孔隙率。测试液由氯化钠20g／L和铁氰化钾10g／L配制而成。

（3）结合力

采用冷热循环法测试镀层的结合力。在220℃中保温30min后放入20℃的自来水中急冷，如此循环5次后观察镀层是否有起皮、脱落等现象。

（4）耐蚀性

采用CHI660B型电化学工作站的三电极体系测试镀层的耐蚀性。参比电极为甘汞电极，辅助电极为铂黑电极，工作电极为试样制备的电极。电解液为5%的NaCl溶液。试验温度为室温，扫描速率为0.001V／s。另外，用SEM6510型扫描电镜对试样的腐蚀形貌进行观察。

（5）耐磨性

采用MMCG-5型高温摩擦磨损试验机测试镀层的耐磨性。测试时，磨轮转速为220r／min，摩擦总转数为2 200r，磨损载荷为120N，相对滑动速率为90mm／min，冷却液为0.5%的重铬酸钾水溶液，测试温度分别为20℃、50℃和200℃。

2 结果与讨论

2.1 元素分布

Ni-Cr-Y 化学镀层的元素分布测试结果，如图1所示。由图1可知：该镀层中的Ni、Cr和Y 元素呈现出弥散分布，各元素较均匀地分布在镀层中。

图1 镀层的元素分布

2.2 孔隙率

采用上述化学镀工艺制备了5个镀层试样。孔隙率测试结果表明：该工艺的稳定性较好，5个试样的孔隙率均较小，平均孔隙率为2～3 个／cm2。可见，Ni-Cr-Y 化学镀层的致密性较好。

2.3 结合力

采用上述化学镀工艺制备了5个镀层试样。经过5次冷热循环后，5个试样表面的镀层均完好无缺，未出现脱落、拉起等现象。可见，Ni-Cr-Y 化学镀层与Q460钢基材结合得较好。

2.4 耐蚀性

Q460钢基材及化学镀Ni-Cr-Y 的Q460 钢的极化曲线，如图2所示。由图2可知：与Q460钢基材相比，化学镀Ni-Cr-Y 的Q460 钢的自腐蚀电位明显正移，从-0.802V 正移至-0.451V，正移了351mV。众所周知，金属材料的自腐蚀电位越正，其耐蚀性越强［5］。由此可以看出，化学镀Ni-Cr-Y可以有效地提高Q460钢的耐蚀性。这主要是因为Q460钢表面的Ni-Cr-Y 化学镀层起到了良好的钝化作用，有效地阻止了基体金属与空气的接触，从而显著地改善了Q460钢的耐蚀性。

Q460钢基材及化学镀Ni-Cr-Y 的Q460 钢的腐蚀形貌，如图3所示。由图3可知：Q460钢基材经过电化学腐蚀后，表面出现较多大小不一的蚀坑；而经过化学镀Ni-Cr-Y的Q460钢的表面未见明显的蚀坑，说明化学镀Ni-Cr-Y 明显提高了Q460 钢的耐蚀性。这与试样的极化曲线测试结果一致。

图2 试样的极化曲线

图3 试样的腐蚀形貌

2.5 耐磨性

Q460钢基材及化学镀Ni-Cr-Y 的Q460钢，分别在20℃、50℃和200℃下的磨损试验结果，如图4所示。由图4可知：不管是在20℃、50℃，还是200℃下，与Q460钢基材相比，化学镀Ni-Cr-Y 的Q460钢的磨损体积均显著减小，其耐磨性明显提高。其中，20℃下磨损体积从0.054mm3急剧减小到0.013 mm3，减小了76%；50℃下磨损体积从0.083mm3急剧减小到0.022 mm3，减小了74%；200℃下磨损体积从0.168mm3急剧减小到0.038 mm3，减小了77%。这说明化学镀Ni-Cr-Y 明显地提高了Q460钢在室温和高温下的耐磨性。这主要是因为镀层中的Cr元素及Y 元素的复合作用，使得镀层在室温及高温的磨损过程中能更有效地抵抗摩擦磨损，从而显著改善Q460钢的耐磨性。

图4 试样在不同温度下的磨损试验结果

3 结论

（1）化学镀Ni-Cr-Y 可以显著地改善Q460钢的耐蚀性、耐磨性。

（2）Q460钢表面的Ni-Cr-Y 化学镀层较致密，平均孔隙率为2～3个／cm2，镀层与Q460钢基材的结合力较好。

（3）与Q460 钢基材相比，化学镀Ni-Cr-Y 的Q460钢的自腐蚀电位正移了351mV，20℃下磨损体积减小了76%，50℃下磨损体积减小了74%，200℃下磨损体积减小了77%。

［1］金光熙，朴美善.304不锈钢封头应力腐蚀开裂失效分析［J］.热加工工艺，2011，40（23）：226-228.

［2］顾玥，詹肇麟，荣凡.445M 铁素体不锈钢缝隙腐蚀性能的研究［J］.特殊钢，2011，32（3）：65-67.

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［4］张洪奎，张宁，曹旦夫.沿海地区钢结构的腐蚀及防腐涂层［J］.油气储运，2012，31（2）：135-138.

［5］陈玉苗，陈均志.2205双相不锈钢在盐卤介质中腐蚀行为的研究［J］.热加工工艺，2011，40（2）：28-31.