[发明专利]一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺

说明书

本发明公开了一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊，包括钢辊基材，表面依次形成冲击镍层、镀铜层、镍磷非晶合金层，电镀工艺包括如下步骤：S1：将钢辊基材置于电镀液中形成冲击镍层；S2：将钢辊基材浸入装有电镀铜液的电解槽A中形成镀铜层，制得预镀辊；S3：将预镀辊浸入乙酸溶液中，取去离子水A冲洗预镀辊表面，后将预镀辊放入电解槽B中，预镀辊完全浸入复合镀液；S4：将预镀辊与电源阴极相连，将钛网电极和装满镍饼的钛篮阳极连接至电源阳极，电镀形成镍磷非晶合金层，制得镍磷合金辊；S5：将镍磷合金辊冷却后进行微结构加工，制得用于微结构加工的低应力镍磷合金辊。本发明得到的低应力镍磷合金辊更适合用于高精度结构加工。

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，尤其涉及一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺。

背景技术

电镀非晶合金是提升材料功能的一个工程技术分支，因非晶材料其独特的性能而在近年来备受关注。非晶合金材料由于不具有晶界，因此在耐磨性和耐腐蚀性方面相较于传统合金具有很大的优势。在非晶合金材料中，最被广泛研究与应用的就是镍磷合金，根据含磷量的不同，镍磷合金的结构与性能也有较大的差异，含磷量达到1％的镍磷合金是过饱和固溶体的非平衡合金；含磷量达到3％，镍磷合金的晶粒就会发生显著细化；镍磷合金的含磷量达到8％时就能获得单相的非晶态合金，没有晶界存在，耐腐蚀性大大增强；镍磷合金的含磷量达到15％时，磷的电子排布式发生变化，3d层不饱和电子层被P层给予的电子填满，波尔磁子消失，其内、外轨型和空间构型更稳定，镍磷合金的微观组织更稳定。

虽然电镀镍磷合金自发明之始已经走过了半个世纪之久，但其电流效率低，稳定性差，镀层应力较大等缺陷仍大大限制了其在工业上的使用。传统电镀工艺普遍采用次亚磷酸钠，虽然次亚磷酸钠具有pH范围较广、电流效率高的优势，但也存在稳定性差且极易被氧化为亚磷酸钠的缺陷。而传统电镀工艺采用亚磷酸钠进行电镀时，则存在电流效率低下、成品的孔隙率高等缺陷，且在电镀过程中伴随着磷元素的消耗，成品的厚镀层往往呈现出分层的缺陷，且内应力较大，层与层之间缺陷较多，无法满足CNC精密加工的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的镍磷合金镀层存在较大内应力和缺陷、电镀工艺存在电流效率低且孔隙率高等缺陷，提供了一种新的用于微结构加工的低应力镍磷合金辊及其电镀工艺。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊，包括钢辊基材，所述钢辊基材的表面通过电镀依次形成冲击镍层、镀铜层、镍磷非晶合金层，所述镀铜层的厚度为200～1000微米，所述镍磷非晶合金层的厚度为300～800微米，所述镀铜层的HV硬度为380～400，所述镍磷非晶合金层的HV硬度为580～650，所述镍磷非晶合金层的磷含量为10～18％、镍含量为82～90％。

在上述的镍磷合金辊结构中，冲击镍层在钢辊基材表面形成很薄的闪镀层，且结晶细致，有利于镀层与钢辊基材之间形成良好的结合力。镀铜层作为预镀层，具有高光亮、高整平、高分散性、与其他金属层的结合力好、镀层致密等优点，能有效提高镀层之间的结合力并减少镀层之间的微观缺陷。本发明在钢辊基材表面设置超厚(≥300微米)、高磷含量且致密、低应力的镍磷非晶合金层，能够使整个低应力高硬度的镍磷合金辊性能优良，适合用于高精度结构加工。

作为优选，上述所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊，所述镍磷非晶合金层的表面粗糙度Ra0.3μm。

将镍磷非晶合金层的表面粗糙度控制在上述范围内，能够节约后续加工合金辊的时间，从而提高生产效率。

作为优选，上述所述的一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊，所述钢辊基材为45号钢或304不锈钢。

选用45号钢或304不锈钢作为钢辊基材的材料，不仅易于获取，且硬度适宜，能节约镍磷合金辊整体造价。

一种用于微结构加工的低应力镍磷合金辊的电镀工艺，包括如下步骤：