身管电沉积镍钴铁纳米金刚石涂层

主讲人：邓文身管电沉积镍钴铁-纳米金刚石涂层火炮身管的烧蚀磨损一直是降低火炮寿命、制约火炮发展的一个难题。炮管的寿命会受到火炮发射时的热烧蚀、化学烧蚀以及机械磨损等多种因素的影响。目前的火炮系统一般是采用电沉积铬层保护炮管内膛。但是,电镀铬涂层存在许多缺点,如它的脆性比较高,剪切强度和抗拉强度比较低,镀铬层容易剥落;电镀铬工艺中的六价铬是一种致癌物质,存在严重的环境危害问题;电镀生产设备中必须包括污水处理设备,从而提高了生产成本。

身管电沉积镍钴铁-纳米金刚石涂层因此,随着高温发射药的发展和应用,电镀铬已经不能满足炮管抗烧蚀的更高需求,发展绿色的替代炮管电镀铬的各类涂层工艺技术已经成为当前技术发展趋势。从近年来的发展来看,美国在炮管抗烧蚀涂层工艺技术研究方面走在世界前列,开发了一系列新型绿色涂层工艺技术,包括美国陆军贝尼特试验室，德国莱茵公司，俄罗斯安泰公司。以上国家都有在身管上采用Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层技术

身管电沉积镍钴铁-纳米金刚石涂层身管电沉积镍钴铁-纳米金刚石涂层1.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层技术的优点2.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层在身管应用的可行性3.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层，与传统电镀硬Ｃｒ涂层对比分析4.DF型电沉积纳米镍钴铁金刚石涂层代硬铬工艺5.代铬镀层替代技术法律依据HJ-BAT-11-3.1.1.6纳米合金复合电镀技术替代硬铬6.济南东方结晶器有限公司应用电沉积纳米晶镍钴铁金刚石涂层案例7.标准参考Cr涂层的硬度比基材提高了近50%，摩擦系数(0.22～0.27)明显小于炮管基体的摩擦系数(0.78～0.86)，电沉积镍钴铁-纳米金刚石涂层的摩擦系数(0.08～0.12)铬层体系存在较严重的热膨胀系数不匹配的问题。Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层弹性模量为２８７．７ＧＰａ，电镀硬Ｃｒ涂层的弹性模量为２７６．４ＧＰａ，Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层比传统电镀硬Ｃｒ涂层提高了４％。

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1.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层技术的优点

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1.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层技术的优点

镀层材料硬度HV热膨胀系数【×10-6/°C】热导率【W/(m．K)】(20℃)Cr≥650793.9Ni-Co–Fe≥65013.5105-110炮管钢350-450HB12125Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层的热膨胀系数同基体比较匹配，热导率也比镀铬好。身管耐烧蚀材料应具备以下几个特征：（1）一定的硬度，高熔点（2）良好的耐磨性及抗腐蚀性（3）耐烧蚀性

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2.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层在身管应用的可行性

以过渡族元素为基体相制备的Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层，由于掺入铬，镍，钼，铼，钨，钽，铂，钴，金刚石，氮化硼等耐高温材料，具有高强度、高韧性、高耐磨性、最好的耐烧蚀性等良好综合力学性能，广泛应用于空间飞行、高速穿甲等军事领域。可以满足身管的要求。

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2.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层在身管应用的可行性

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3.Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层，与传统电镀硬Ｃｒ涂层对比分析

a，射击前镀铬层微裂纹，厚度30微米，底层为过渡层b，射击后镀铬层微裂纹，出现贯穿到底的裂纹，而穿透和半穿透裂纹的主要原因是射击过程中复杂的热-机械应力和高温气体腐蚀所导致。高温气体通过微裂纹迅速向力层延伸，直至达到基体。电沉积Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｏ纳米金刚石涂层无裂纹，不会产生到达基体的裂纹，提高抗烧蚀性。

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4.DF型电沉积纳米镍钴铁金刚石涂层代硬铬工艺

镍离子：

50-90g/l

活化剂：

15-30g/l

钴离子：

5-15g/l亚铁离子：

3-10g/l缓冲剂：

30g/l纳米金刚石：1-3g/lDF-1稳定盐：

120g/l

DF-2硬化剂

：

20-40ml/lDF-3纳米晶流平剂：20ml/lDF-4应力调节剂：

20ml/lDF-5防针孔剂：5-10ml/lDF-6增白剂：

5ml/lDF-7耐烧蚀添加剂:0.1-0.5g/l主要由铼，铯，铈，钕，钼，钛按比例混合而成DF1-7由济南东方结晶器有限公司荣誉出品去氢：250°时间2小时厚度：0.15-0.35毫米，而且厚度可以根据要求加厚或减薄

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4.DF型电沉积纳米镍钴铁金刚石涂层代硬铬工艺

DF型电沉积纳米晶镍钴铁金刚石涂层代硬铬可以使膛线高点低点镀层厚度一致，镀层均匀而硬铬就达不到。电流效率更高，硬铬由于分散不均匀，很难达到镀层均匀度，它会高点更高，低点更低。这就造成硬铬层耐烧蚀耐磨损降低纳米合金复合电镀技术是通过电沉积的方法，在镍－钨、镍－钴等合金镀液中添加经过特殊制备、分散的纳米铝粉材料，合金与纳米材料共沉积于钢铁基件，生成纳米合金复合镀层。纳米合金复合镀层的耐腐蚀性能、耐烧蚀性能、耐磨性能等综合指标均超过硬铬镀层，且可全部自动化控制。该技术不使用含铬化工原料，因此无重金属铬排放。该技术电流效率达80%，材料利用率大于95%。仅原材料成本高于硬铬电镀约20%。该技术适用于替代功能性电镀铬工艺。

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5.代铬镀层替代技术法律依据HJ-BAT-11-3.1.1.6

纳米合金复合电镀技术替代硬铬

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5，代铬镀层替代技术法律依据HJ-BAT-11-3.1.1.6纳米合金复合电镀技术替代硬铬身管电沉积镍钴铁-纳米金刚石涂层

5，代铬镀层替代技术法律依据HJ-BAT-11-3.1.1.6纳米合金复合电镀技术替代硬铬

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6.济南东方结晶器有限公司应用电沉积纳米晶镍钴铁金刚石涂层案例

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6.济南东方结晶器有限公司应用电沉积纳米晶镍钴铁金刚石涂层案例

济南东方结晶器有限公司始建于1993年，是一家集冶炼、研发和制造并提供高品质结晶器及服务于一体的高新技术企业，注册资金5000万元。下设济南东方结晶器有限公司，齐齐哈尔军华特种装备制造有限公司，齐齐哈尔冶金设备公司，济南龙山电镀厂。专业致力于连铸结晶器系列产品的研发与生产，产品包括结晶器总成及备件、结晶器铜管、毛坯铜管、修复铜管及板坯结晶器、军工装备机械制造等产品。

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7.标准参考