鎳鎘擴散鍍層是先鍍鎳後鍍鎘經加熱擴散形成的複合鍍層，鎳和鎘鍍層的厚度比一般應控製在3:1。
通常，鎳鎘擴散層的厚度為3μm。
對鋼為陽極性防護層，是結構鋼的中溫防護層。在300～500℃的工作環境中具有很好的抗氧化和防腐蝕性能，並具有一定的耐衝刷能力。
鎳鎘擴散鍍層的最高使用溫度為500℃。
(1)鎳鎘擴散鍍層外觀
鎳鍍層為稍帶黃色的銀白色，鎘鍍層為銀白色，擴散處理後為橄欖色、淺灰色、深灰色到黑灰色。
(2)鎳鎘擴散鍍層物理及化學性能
鎳鎘擴散鍍層的電極電位為-0.69V。擴散層是鎳和鎘的金屬間化合物，其結構為NiCd4·NiCd3。
當鎳鍍層厚度為7～8μm時，內應力值為-34.3～10.3MPa。
(3)鎳鎘擴散鍍層耐蝕性
對低合金鋼、不鏽鋼均為陽極性防護層。
如果鎳鎘擴散鍍層的擴散層被破壞而裸露出鎳底層時，則裸露部分不再具有陽極保護特性，而是與純鎳鍍層一樣，具有陰極性防護層的特性。
幾種可以在中溫環境條件下保護鋼的鍍層特點對比，列於表1。
表1 中溫防護鍍覆層
| 防護層類別 |
特性 |
| 鎳鎘擴散鍍層 |
這是近年來開始應用於發動機零件的中溫防護層。其成分為NiCd4·NiCd3，電極電位為-0.69V(VS·SCE)，對鋼為陽極性防護層，擴散層底部的鎳層對鋼仍為陰極性保護層。擴散層在中溫條件下具有較高的抗氧化能力，保護基體金屬的能力不低於常溫下鋅鍍層。但該工藝會降低基體金屬的疲勞性能，為減小這種影響，應采取鍍前基體噴丸處理及低應力鍍鎳工藝等措施 |
| 無機鹽鋁塗層(WZL) |
塗層對鋼為陽極性防護層，在常溫和中溫下對鋼都有很高的保護能力，塗覆後對鋼鐵材料，包括高強度鋼的力學性能都沒有不利的影響，是優異的中溫防護層 |
| 黃銅鍍層 |
這是當前飛機上所使用的中溫防護層之一，黃銅對鋼為陰極性防護層，在中溫條件下，鍍層抗氧化能力差。孔隙率低於乳白鉻，對鋼基體的保護能力略高於乳白鉻層 |
| 乳白鉻層 |
這是當前飛機上所使用的中溫防護層之一，對鋼為陰極性防護層，鍍層抗氧化能力較高，但孔隙多，對基體金屬保護能力差 |
| A12塗層 |
該塗層由鋁化物塗層外加很薄的陶瓷塗層組成，實際上是一種複合塗層。這種塗層對鋼來說是陽極性保護層，塗層均勻，表麵光潔度高，耐衝刷，對基體疲勞性能影響小 |
| TSM3塗層 |
這是Ni/Mg擴散塗層，外加一層很薄的陶瓷塗層，因此，是一種複合塗層。對鋼來說，它是陽極性保護層。上述所有塗層中，TSM3在3%NaCl溶液中的電極電位最負，對鋼的保護性最好 |
鎳鎘擴散鍍層在常溫與中溫下對鋼都有高的防護能力。
表2列出了該鍍層與鋅鍍層的耐蝕性結果表明，即使在高於使用溫度50℃的條件下加熱100h，其耐蝕性仍然比鋅鍍層好。
表2 鎳鎘擴散鍍層與鋅鍍層耐蝕性比較
| 鍍層類別 |
試驗前處理 |
周期浸漬腐蝕試驗結果 |
鹽霧腐蝕試驗結果 |
| 鎳鎘擴散鍍層 |
- |
5448h後鍍層表麵附一層黃白色膜層，基體金屬沒有鏽蝕 |
試驗8個月經間斷噴霧試驗累計1209h，鍍層僅出現灰色膜，基體金屬沒有鏽 |
| 555℃加熱100h |
1680h後基體金屬生鏽，鏽蝕麵積為10% |
| 鋅鍍層 |
- |
120h鋅層表麵鐵鏽點達80% |
驗兩個半月，基體金屬開始鏽蝕 |
鎳鎘擴散鍍層具有良好的抗氧化能力，表3列出了鎳鎘擴散鍍層與38Cr2Mo2VA鋼的抗氧化試驗結果。由表可見，鎳鎘擴散層的抗氧化能力比38Cr2Mo2VA鋼高一倍以上。
表3 鋼與鍍層抗氧化性能
| 類別 |
抗 氧 化 條 件① |
氧化速度/[g/(m·h)] |
| 溫度/℃ |
時間/h |
| 38Cr2Mo2VA |
550 |
100 |
0.127 |
| 鎳鎘擴散鍍層 |
550 |
100 |
0.057 |
①按HB 5228-73 試驗方法試驗。
(4)鎳鎘擴散鍍層設計規範
鎳鎘擴散鍍層的設計規範見表4。
表4 鎳鎘擴散鍍層的設計規範
| 設計依據 |
(1)對鋼為陽極性防護層
(2)在中溫（300～500℃）具有很好的抗氧化和防腐蝕性能
(3)對鋼為陽極性防護層
|
| 適用範圍 |
(l)中溫（500℃以下）條件下工作的鋼零件
(2)要求耐熱並耐衝刷的零件
|
| 不允許 |
(1)承受340℃加熱處理後，對鋼基體材料性能有影響時
(2)形狀複雜的零件，鎳鍍層不能完全覆蓋或達不到最小鎳層厚度時
|
| 注意事項 |
禁止用電鍍鎳鎘合金鍍層代替鎳鎘擴散鍍層在中溫環境下使用 |
(5)鎳鎘擴散鍍層厚度係列及應用範圍
鎳鎘擴散鍍層厚度係列及應用範圍見表5。
表5 鎳鎘擴散鍍層厚度係列及應用範圍
| 厚度係列 |
應用範圍 |
| 零件材料 |
使用條件 |
厚度/μm |
標誌 |
| 鋼、不鏽鋼 |
Y |
Ni5～8
Cd3～5
|
Ep·Ni5Cd3·Di |
(1)鋼零件在250～500℃條件下的防護
(2)要求一定耐磨性零件的防護
|
| E |
Ni8～12
Cd3～5
|
Ep·Ni8Cd3·Di |
(6)鎳鎘擴散鍍層其他特性
承受循環載荷的零件在鍍鎳鎘擴散鍍層以後，基體材料的的疲勞強度會有不同程度的降低，這是由於電鍍時鎳鍍層的內應力與零件在機械加工時的表麵殘餘應力以及工作時承受應力疊加的影響造成的。
疲勞性能的降低會導致零件工作過奄程中的早期破斷。
為控製鎳鎘擴散鍍層對基體材料疲勞性能的影響，在鍍前進行噴丸處理對基體材料表麵造成壓應力，電鍍鎳時選用低應力的鍍鎳工藝。
從表6的數據可以看出，加工工藝不同，對基體材料的疲勞性能影響也不同。
在鋼上直接電鍍鎳鎘擴散鍍層可使鋼基體的疲勞性能下降20%，所以，電鍍鎳鎘貧擴散鍍層時，在工藝上應有所控製。
表6 鍍鎳鎘擴散鍍層對Cr17Ni2鋼疲勞性能的影響
| 加工工藝 |
表麵殘餘應力/MPa① |
疲勞強度極限 σ-1/MPa |
σ-1增加率/% |
| 基 體 |
鍍 層 |
| 拋光 |
-480 |
- |
500 |
- |
| 電鍍鎳鎘擴散鍍層 |
+834 |
+343 |
402 |
-20 |
| 噴丸 |
+567 |
- |
534.5 |
+7 |
| 噴丸+鎳鎘擴散鍍層 |
-500 |
+980 |
500 |
- |
| 基體噴丸+鎳鎘擴散鍍層+噴丸 |
-873 |
-348 |
549 |
+10 |
①負值表示壓應力，正值為拉應力。
(7)有關技術文件
①AMS 2416E 鎳鎘擴散鍍層
②HB 5096-1982 鎳鎘擴散鍍層質量檢驗
③HB/Z 31-1982 鎳鎘擴散鍍層通用工藝說明
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