0 前言
由于化學(xué)鍍鎳層具有優(yōu)秀的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕性等綜合物理化學(xué)性能，該項技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，目前幾乎難以找到一個工業(yè)不采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)。據(jù)報道，化學(xué)鍍鎳在各個工業(yè)中應(yīng)用的比例大致如下：航空航天工業(yè)：9%，汽車工業(yè)：5%，電子計算機(jī)工業(yè)：15%，食品工業(yè)：5%，機(jī)械工業(yè)：15%，核工業(yè)：2%，石油工業(yè)：10%，塑料工業(yè)：5%，電力輸送工業(yè)：3%，印刷工業(yè)：3%，泵制造業(yè)：5%，閥門制造業(yè)：17%，其他：6%。世界工業(yè)化國家的化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用經(jīng)歷了80年代空前的發(fā)展，平均年凈增速率高達(dá)10%～15%；預(yù)計化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用將會持續(xù)發(fā)展，平均年凈值速率將降低至6%左右，而進(jìn)入發(fā)展成熟期。在經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的東亞和東南地區(qū)，包括中國在內(nèi)，化學(xué)鍍應(yīng)用正在上升階段，預(yù)期仍將保持空前的高速發(fā)展。
1 航空航天工業(yè)
(1)航空航天工業(yè)為化學(xué)鍍鎳的使用大戶之一，比較突出的應(yīng)用實例是：美國俄克拉荷馬航空后勤中心，自1979年以來，以及西北航空公司自1983年以來均采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)修復(fù)飛機(jī)發(fā)動機(jī)零件。普拉特－惠特尼公司的JT8D噴氣發(fā)動機(jī)雖已經(jīng)停產(chǎn)，可是迄今仍有上千臺這種發(fā)動機(jī)在波音727和麥道DC-9飛機(jī)上使用，原因是：一種高磷，壓應(yīng)力的化學(xué)鍍鎳技術(shù)用于修復(fù)JT8D六種型號的噴氣發(fā)動機(jī)的葉輪，確保了這種發(fā)動機(jī)的重新使用。在航空發(fā)動機(jī)的渦輪機(jī)或壓縮機(jī)的葉片上，通常鎳磷合金化學(xué)鍍厚為25～75μm，以防止燃?xì)飧g，其疲勞強(qiáng)度的降低比電鍍鉻少25%。俄克拉荷馬航空后勤中心采用超厚層化學(xué)鍍鎳修復(fù)飛機(jī)零件，鍍厚達(dá)275～750μm。原采用電鍍工藝時的返工率達(dá)50%，采用化學(xué)鍍鎳后合格率達(dá)90%以上，可見取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。飛機(jī)上的輔助發(fā)電機(jī)（APU）經(jīng)化學(xué)鍍鎳后，其壽命提高3～4倍。重達(dá)8.2噸的渦輪發(fā)動機(jī)的主軸承面經(jīng)化學(xué)鍍鎳100μm，以防止開機(jī)和停機(jī)所引起的振動損壞。
(2)為減輕重量，航空工業(yè)大量使用鋁合金件，經(jīng)化學(xué)鍍鎳表面強(qiáng)化后不僅耐蝕、耐磨，而且可焊，如沖程發(fā)動機(jī)的活塞頭經(jīng)化學(xué)鍍鎳后提高了使用壽命。其他還有鈦合金件、鈹合金件均采用低應(yīng)力和壓應(yīng)力的化學(xué)鍍鎳表面保護(hù)等措施。
(3)鎳＋鉈＋硼三元合金化學(xué)鍍（NTB）被指定為普拉特－惠特尼噴氣發(fā)動機(jī)上160多種零件的表面強(qiáng)化工藝,以抗擦傷和微動磨損,例如:NTB化學(xué)鍍用于噴氣發(fā)動機(jī)主軸密封。美國空軍要求發(fā)動機(jī)制造商提供具有4000次戰(zhàn)術(shù)周期,此時磨損量達(dá)0.178mm,如此必須拆卸重修，經(jīng)NTB化學(xué)鍍后主軸密封面磨損顯著降低,經(jīng)4000次戰(zhàn)術(shù)周期后的磨損量約為0.008mm。
(4)宇航系統(tǒng)廣泛使用著金屬光鏡，其基體為強(qiáng)度高、重量輕的鈹或鋁，經(jīng)專用化學(xué)鍍鎳表面強(qiáng)化，這種含磷量為12.2%～12.7%的化學(xué)鍍鎳可拋光至9級，如此高的精度在需要低慣性的宇宙空間里，有著卓越的性能。
(5)我國的化學(xué)鍍工業(yè)雖然起步較晚，但自九十年代以來經(jīng)過各科研單位的不懈努力，現(xiàn)已擁有成熟的工藝和經(jīng)驗，在我國洛陽已建成飛機(jī)零件化學(xué)鍍鎳加工流水線。
2 汽車工業(yè)
(1)解決使用乙醇、汽油混合燃料問題是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢之一，使用混合燃料，除性能問題之外，還產(chǎn)生了燃油系統(tǒng)的腐蝕問題。
(2)在巴西，使用乙醇作為燃料，應(yīng)用化學(xué)鍍鎳技術(shù)保護(hù)鋅壓鑄件，如汽化器免遭腐蝕已成為工藝規(guī)范。在美國，當(dāng)廣泛用甲醇或甲醇和汽油混合燃料時，汽車工業(yè)勢必應(yīng)用化學(xué)鍍鎳作為汽化器、燃油泵送系統(tǒng)的表面保護(hù)手段。
(3)差速器行星齒輪是汽車的一個重要零件，鍍上25μm厚的化學(xué)鍍鎳層以提高耐磨性，有的汽車制造廠在軸上采用聚四氟乙烯復(fù)合化學(xué)鍍鎳層工藝，這種復(fù)合鍍層既有一定的硬度，又兼有好的潤滑性能，提高了軸的使用壽命。
(4)汽車工業(yè)利用化學(xué)鍍鎳層非常均勻的優(yōu)點(diǎn)，在形狀復(fù)雜的零件上，如齒輪、散熱器和噴油嘴上采用化學(xué)鍍工藝保護(hù)。鍍上10μm左右的化學(xué)鍍鎳層的鋁質(zhì)散熱器具有良好的釬焊性。齒輪上化學(xué)鍍后尺寸誤差十分容易地保持在±0.3～0.5μm。而如果采用電鍍工藝，則必須鍍后還要進(jìn)行機(jī)加工才能達(dá)到合格的工差范圍。用在噴油器上的化學(xué)鍍鎳層，可以提供良好的抗燃油腐蝕和磨損性能。通常，燃油腐蝕和磨損會導(dǎo)致噴油孔的擴(kuò)大，因此噴油量增大，使汽車發(fā)動機(jī)的馬力超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，加快發(fā)動機(jī)的損壞。化學(xué)鍍鎳層可以有效地防止噴油器的腐蝕、磨損，提高發(fā)動機(jī)的可靠性和使用壽命。
3 化學(xué)工業(yè)
(1)化學(xué)工業(yè)應(yīng)用研究化學(xué)鍍鎳技術(shù)代替昂貴的耐蝕合金以解決腐蝕問題，以便改進(jìn)化學(xué)產(chǎn)品的純度，保護(hù)環(huán)境，提高操作安全性和生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)目煽啃裕瑥亩@得更有利的技術(shù)經(jīng)濟(jì)競爭能力。
(2)化學(xué)鍍廣泛地應(yīng)用于大型反應(yīng)容器的內(nèi)壁保護(hù)。當(dāng)初非常引人關(guān)注的應(yīng)用實例是：1955年美國通用運(yùn)輸公司（GATX）采用化學(xué)鍍保護(hù)槽車內(nèi)壁，防止苛性堿的腐蝕。如今，化學(xué)鍍鎳技術(shù)已經(jīng)獲得長足的進(jìn)步，能夠在多種化工腐蝕環(huán)境下提供可靠的保護(hù)。
(3)應(yīng)用化學(xué)鍍鎳最為量大面廣的是閥門制造業(yè)。鋼鐵制造的球閥、閘閥、旋閥、止逆閥和蝶閥等等，經(jīng)高磷化學(xué)鍍鎳25～75μm，可提高耐腐蝕性和使用壽命。化工用泵化學(xué)鍍鎳的效果也同樣顯著。在苛性堿腐蝕條件下工作的閥門，應(yīng)采用鍍層含磷量1%～2%的低磷化學(xué)鍍鎳。因為在苛性堿腐蝕條件下，低磷化學(xué)鍍鎳層的年腐蝕速率約為2.5μm，優(yōu)于中磷或高磷化學(xué)鍍鎳層。化學(xué)鍍鎳層在強(qiáng)氧化性酸，如濃硝酸、濃硫酸等介質(zhì)中不耐蝕。盡管在鹽酸中的腐蝕速率低于奧氏體不銹鋼，耐蝕性仍然是不夠的。因此，對于上述強(qiáng)酸介質(zhì)，或者可能水解生成上述強(qiáng)酸的介質(zhì)中，不適于使用化學(xué)鍍鎳層。碳鋼緊固件鍍上25～50μm厚的高磷化學(xué)鍍鎳層，代替不銹鋼緊固件，既克服了奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂問題，又節(jié)省了大量費(fèi)用。生產(chǎn)低密度聚乙烯的壓力容器內(nèi)壁25μm，以防止鐵污染和因此所造成的聚乙烯變色。如果采用不銹鋼建造，其價格大約是化學(xué)鍍方法的兩倍。
4 石油天然氣
(1)石油和天然氣是化學(xué)鍍鎳的重要市場之一，油田采油和輸油管道設(shè)備廣泛地采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)。典型的石油和天然氣工業(yè)腐蝕環(huán)境為井下鹽水、二氧化碳、硫化氫，溫度高達(dá)170～200℃，并伴有泥沙和其他磨粒沖蝕等等，腐蝕環(huán)境相當(dāng)惡劣。低碳鋼油氣管道在如此苛刻的條件下，僅有2～3個月的壽命。經(jīng)過50～100μm厚的高磷化學(xué)鍍鎳層保護(hù)之后，其腐蝕速率降低到與哈氏合金相當(dāng)?shù)某潭取？紤]到耐蝕合金價格昂貴，從性能價格比上講，碳鋼管道采用化學(xué)鍍鎳保護(hù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能最好。
(2)泵殼、葉輪和出口管道等油氣用泵零件，根據(jù)腐蝕環(huán)境不同，經(jīng)化學(xué)鍍鎳鍍厚25～75μm不等，防腐蝕效果優(yōu)良。抽油泵化學(xué)鍍鎳是一種理想的應(yīng)用實例：在西得克薩斯油田，經(jīng)化學(xué)鍍鎳保護(hù)的抽油泵，壽命長達(dá)4年以上，同樣末加保護(hù)的抽油泵的壽命不超過6個月。化學(xué)鍍鎳層耐蝕耐磨，而且由于化學(xué)鍍鎳層的高度均勻性，可以使抽油泵筒制成整體件，從而顯著地提高了抽油泵品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本。在油田，高磷化學(xué)鍍鎳亦廣泛地應(yīng)用于油水分離裝置的加熱器表面以防腐蝕，鍍厚通常為25～75μm。集油和輸油裝置的閥門、管接頭、管箍等亦采用化學(xué)鍍鎳保護(hù)。
5 食品加工業(yè)
(1)食品加工業(yè)為應(yīng)用化學(xué)鍍鎳提供了一個巨大的潛在市場；之所以稱之為潛在的市場，是因為目前化學(xué)鍍鎳在食品工業(yè)的廣泛應(yīng)用中存在著障礙。比如在美國，F(xiàn)DA（美國食品和藥物管理署）對于化學(xué)鍍鎳在食品工業(yè)中的應(yīng)用尚末制訂出法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)；通常，對于化學(xué)鍍鎳層在應(yīng)用于直接與食品接觸的情況，F(xiàn)DA采取個案處理的方式予以批準(zhǔn)。究其原因，主要是因為經(jīng)典的化學(xué)鍍液配方中含有毒的鉛、鎘等重金屬離子作為穩(wěn)定劑的緣故。然而，許多現(xiàn)代的化學(xué)鍍鎳溶液中已經(jīng)不使用重金屬離子作穩(wěn)定劑了；顯然，這個障礙遲早將會被拆除。目前，食品包裝機(jī)械中不與食品直接接觸的零件，如：軸承、輥筒、傳送帶、液壓系統(tǒng)和齒輪等為化學(xué)鍍鎳在食品工業(yè)中的典型應(yīng)用。
(2)在食品加工過程中，會涉及鹽水、亞硝酸鹽、檸檬酸、醋酸、天然木材的煙薰，揮發(fā)性有機(jī)酸等腐蝕介質(zhì)等問題；食品加工溫度范圍為60～200℃，生產(chǎn)環(huán)境中相對濕度很高；在這樣的條件下，食品加工設(shè)備存在著金屬腐蝕、疲勞和磨損等問題。對于接觸食品的金屬表面，傳統(tǒng)的保護(hù)方式是電鍍硬鉻；可是，在含氯離子酸性介質(zhì)中，鍍鉻層的耐蝕性并不好；然而，化學(xué)鍍鎳在均鍍能力、高耐蝕性、防粘、脫模性等方面具有明顯的優(yōu)勢。揉面機(jī)上與食品接觸的零件采用的化學(xué)鍍鎳就是應(yīng)用成功的實例之一；其他在食品充氣裝罐機(jī)、螺桿送料機(jī)、拌料鍋、食品模具、烤盤、干燥箱，面包保溫爐等食品機(jī)械上越多地采用了化學(xué)鍍鎳。
6 采礦工業(yè)
(1)采礦工業(yè)環(huán)境條件惡劣，井下機(jī)械不可避免地接觸鹽水、礦酸，以受腐蝕和磨損的考驗。因此，采礦機(jī)械需要進(jìn)行表面保護(hù)。
(2)礦井頂板支撐系統(tǒng)中，常用電鍍硬鉻作為液壓支柱的防腐蝕耐磨損保護(hù)層。然而，由于硬鉻表面裂紋、多孔，使用中經(jīng)常因為腐蝕嚴(yán)重以致液壓支柱被咬死而無法動作。高壓液壓缸的這種問題更加嚴(yán)重。在高壓工作下，鍍層受到拉伸，使得高內(nèi)應(yīng)力的硬鉻層的裂紋進(jìn)一步加劇。這種情況下，采用25μm厚的壓應(yīng)力的高磷化學(xué)鍍鎳層做保護(hù)，當(dāng)液壓支柱受高壓拉伸時，化學(xué)鍍鎳層不會產(chǎn)生裂紋，并能夠經(jīng)受住地下煤礦環(huán)境的腐蝕與磨損。
(3)在某些露天采礦生產(chǎn)中，例如采選肥料用的磷礦石，要使用高壓泵和噴射泵嘴，此時，腐蝕和沖蝕問題相當(dāng)嚴(yán)重，但耐蝕耐磨的化學(xué)鍍鎳層的應(yīng)用便可防止機(jī)械零件過早損壞。
7 軍事工業(yè)
(1)化學(xué)鍍鎳技術(shù)在軍事上得到廣泛的應(yīng)用，突出的例子如航空母艦上飛機(jī)彈射機(jī)罩和軌道的化學(xué)鍍鎳保護(hù)。
(2)彈射機(jī)的工作環(huán)境非常惡劣，飛機(jī)發(fā)動時的高溫氣流沖刷軌道，彈射時的巨大的作用力，海洋氣候條件的腐蝕，使得彈射系統(tǒng)僅能使用6～12個月。現(xiàn)采用的表面處理工藝是：正確前處理后的彈射機(jī)罩，在電鍍鎳后，化學(xué)鍍鎳100μm，然后再電鍍鎘12.5μm，并經(jīng)鉻酸鈍化。這樣的復(fù)合涂覆保護(hù)層，具有很好的耐磨和抗微振磨損性能，彈射系統(tǒng)的使用壽命可延長至14～18年，即增加18倍。
(3)軍用車輛的耳軸多年來一直采用化學(xué)鍍鎳層保護(hù)，防止道路泥漿和鹽水的腐蝕和磨損。
(4)坦克的后視鏡用鋁材制成，精磨拋光后，化學(xué)鍍鎳作為耐蝕耐磨保護(hù)層。技術(shù)要求后視鏡在可見光譜范圍內(nèi)具有80%的反射率，化學(xué)鍍鎳層容易達(dá)到這些光學(xué)要求。鋁質(zhì)雷達(dá)波導(dǎo)管鍍以25μm厚的化學(xué)鍍鎳層可防止陸地和海上腐蝕。化學(xué)鍍鎳層的均勻性，能滿足各種波導(dǎo)管的技術(shù)要求。
8 電子和計算機(jī)工業(yè)
(1)化學(xué)鍍鎳在電子和計算機(jī)工業(yè)中應(yīng)用得最廣，幾乎涉及到每一種化學(xué)鍍鎳技術(shù)和工藝。許多新的化學(xué)鍍鎳工藝和材料正是根據(jù)電子和計算機(jī)工業(yè)發(fā)展的需要而研制開發(fā)出來的。在技術(shù)性能方面，除要求耐蝕耐磨之外，還具有可焊接、防擴(kuò)散性、電性能和磁性能等要求。
(2)有的國家已經(jīng)建立法規(guī)：電子設(shè)備必須進(jìn)行屏蔽以防止電磁和射頻干擾。電子設(shè)備的塑料外殼上鍍銅，然后化學(xué)鍍鎳，這樣的雙金屬結(jié)構(gòu)覆層，被公認(rèn)為是最有效的屏蔽方式之一。化學(xué)鍍鎳是計算機(jī)薄膜硬磁盤制造中的關(guān)鍵步驟之一。主要是在經(jīng)過精細(xì)加工的5086鎂鋁表面鍍12.5μm厚的鎳磷合金層,為后續(xù)的真空濺射磁記錄薄膜做預(yù)備。化學(xué)鍍鎳層含磷量為12%wt（原子百分比約20.5%）。鍍層必須是低應(yīng)力且為壓應(yīng)力。經(jīng)250℃或300℃加熱1h，此時仍保持非磁性，即剩磁小于0.1×10－4T。鍍層必須均勻、光滑，表面上的任何缺陷和突起不得超過0.025μm。因為技術(shù)要求高所以必須使用高質(zhì)量高清潔度的專用化學(xué)鍍液、全自動的施鍍控制設(shè)備和高清潔度的車間環(huán)境。計算機(jī)薄膜硬磁盤化學(xué)鍍鎳是高技術(shù)化學(xué)鍍鎳的典型代表，占有相當(dāng)重要的市場份額。
(3)化學(xué)鍍鎳技術(shù)在微電子器件制造業(yè)中應(yīng)用的增長十分迅速。據(jù)報導(dǎo)施樂公司在超大規(guī)模集成電路多層芯片的互連和導(dǎo)通孔（via-hole）的充填整平化工藝中，采用了選擇性的鎳磷合金化學(xué)鍍技術(shù)；其產(chǎn)品均通過了抗剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、高低溫循環(huán)和各項電性能的試驗。實踐說明，化學(xué)鍍鎳技術(shù)的應(yīng)用提高了微電子器件制造工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品的可靠性。
9 其他工業(yè)
(1)注塑機(jī)、壓鑄模等多種型模是機(jī)械、輕工行業(yè)量大面廣的產(chǎn)品。由于模具幾何形狀復(fù)雜，當(dāng)采用電鍍方法對模具表面進(jìn)行強(qiáng)化時，為了使各個面都能夠鍍上，必須設(shè)計安裝復(fù)雜的輔助陽極和掛具；而且，還必須要進(jìn)行鍍后機(jī)械加工，才能保證尺寸精度和表面粗糙度的要求；而且，化學(xué)鍍鎳層具有較低的摩擦系數(shù)和突出的脫模性能，使其成為最為經(jīng)濟(jì)有效的模具表面處理技術(shù)之一。
(2)鑄造用模型和芯盒通常為鑄鐵或鑄鋁件，在使用過程中遭受磨料磨損，報廢很快。采用化學(xué)鍍鎳鎳表面保護(hù)之后，鑄造模型和型芯盒的質(zhì)量上等級，使用壽命顯著提高。
(3)紡織機(jī)械轉(zhuǎn)速很高，各種纖維紗線對于機(jī)械零件的磨損十分嚴(yán)重。化學(xué)鍍鎳，特別是人造多晶金剛石復(fù)合化學(xué)鍍技術(shù)，比較成功地解決了紡織機(jī)械零件的磨損問題。
(4)印刷機(jī)上各種輥筒和部件，采用25～50μm厚的化學(xué)鍍鎳層保護(hù)可防止印刷油墨和潤白液的腐蝕。化學(xué)鍍鎳層的高度均勻性可保證印刷輥筒的尺寸精度，而無須鍍后機(jī)械加工。
