При нагреве покрытий фосфор диффундирует из них в основной металл, на границе которого образуется новая фаза, вероятно, фосфида титана . В процессе химического никелирования в осадок включается водород. Следует отметить, что в покрытиях, полученных химическим способом, водорода в несколько раз меньше, чем в гальванических покрытиях.

Содержание водорода возрастает с увеличением толщины покрытий, причем в покрытиях, полученных из кислых растворов, водорода на 50 % больше, чем в покрытиях из щелочных растворов. Водород оказывает вредное влияние на прочностные характеристики никелированных изделий, поэтому его надо удалять из осадков путем нагрева.

Структура осадков определялась для покрытий, полученных из кислых и щелочных растворов как до термообработки, так и после термообработки при 400 и 600 °С в течение 1 ч. Температура термообработки 400 °С взята как оптимальная температура, применяемая для получения высокой прочности сцепления покрытия с основой.

Температура термообработки 600 °С взята как близкая рабочая температура энергетических установок.

Для сравнения металлографическим исследованиям подвергались и никелевые покрытия, полученные гальваническим путем.

Гальваническое никелирование проводилось в растворе следующего состава (в Г/л):

Структура осадков выявлялась электрохимическим травлением. На рис. 9 показаны структуры никелевого покрытия, полученного гальваническим способом и путем химического никелирования в кислом растворе рН - 5,2 и щелочном растворе рН - 9 и содержащего соответственно 11—12% и 3,8-4,2% фосфора как до термообработки, так и после нее при температурах 400 °С и 600 °С в течение 1 ч.

Как видно из приведенных микрофотографий (рис. 9,10) структура гальванического слоя не изменяется в зависимости от режима термообработки.

Рис. 9. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных гальваническим никелированием до термообработки.

Рис. 10. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных гальваническим никелированием после термообработки 400 °С, 1 ч.

Структура химического никелевого покрытия, полученного из кислой ванны, в исходном состоянии (сразу после осаждения без последующей термообработки) не выявляется при всех вариантах травления, что указывает на высокую однородность строения этого слоя, состоящего из смеси атомов никеля и фосфора, а также на однородность внутренних остаточных напряжений (рис. 11).

Рис. 11. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из кислой ванны до термообработки.

Рис. 12. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из кислой ванны после термообработки при 400 °С, 1 ч.

Термообработка покрытия при температуре 400 °С в течение часа позволяет, хоть и очень слабо, выявить его структуру: наблюдается слоистость покрытия, связанная, очевидно, с неравномерной концентрацией фосфора но ходу осаждения покрытая из раствора (рис. 12).

После термообработки при температуре 600 °С в течение 1 часа (рис. 13) процесс формирования структуры через диффузионные процессы в твердом состоянии приводит к образованию хорошо заметных при данном увеличении частиц избыточной фазы .

Рис. 13. К покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из кислой ванны после термообработки при 600 °С, 1 ч.

Рис. 14. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из щелочной ванны до термообработки.

Иначе выглядит структура никель фосфорного слоя, полученного из щелочной ванны (рН - 9). Вследствие того, что фосфора в этом слое существенно меньше (4% вместо 10 - 12% в покрытии, полученном из кислой ванны), концентрационное распределение фосфора в слое также вероятно весьма неравномерно. Эта неравномерность приводит к сильной полосчатой травимости слоя, не прошедшего термической обработки (рис. 14).

Рис. 15. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из щелочной ванны после термообработки при 400 °С, 1 ч.

Рис. 16. Микроструктуры покрытий (Х500), полученных химическим никелированием из щелочной ванны после термообработки при 600 °С, 1 ч.

С другой стороны, неравномерность распределения фосфора в слое может привести к высокому и неоднородному в отдельных зонах слоя уровню внутренних остаточных напряжений, что также повышает травимость металлов и сплавов. Указанные факторы в щелочном слое достаточно устойчивы даже после термообработки при 400 °С в течение 1 ч (рис. 15) и исчезают благодаря более интенсивно протекающим диффузионным процессам и процессу релаксации напряжений только после термообработки при более высоких температурах, в частности, при 600 °С (рис. 16).

Высказанные здесь положения достаточно хорошо подтверждаются данными, полученными при изучении уровня и устойчивости внутренних остаточных напряжений в никель - фосфорных слоях в зависимости от рН раствора и режима последующей термической обработки слоя.

Как показывает рис. 16, после термообработки при 600 °С в течение 1 ч структура покрытия, полученного из щелочной ванны, подобна структуре слоя, полученного из кислой ванны. Кроме того, на границе с основным металлом после термообработки при 600 °С наблюдается тонкая светлая диффузионная зона, которая с увеличением выдержки до 5000 ч при температуре 600 - 650 °С или при повышении температуры термообработки в по своей ширине, достигая 1/4 от общей толщины слоя.

На рис. 17 приведены данные по изменение твердости слоя никель - фосфорного покрытия в зависимости от кислотности растворов и режима термообработки.