镍镉扩散镀层是先镀镍后镀镉经加热扩散形成的复合镀层，镍和镉镀层的厚度比一般应控制在3:1。
通常，镍镉扩散层的厚度为3μm。
对钢为阳极性防护层，是结构钢的中温防护层。在300～500℃的工作环境中具有很好的抗氧化和防腐蚀性能，并具有一定的耐冲刷能力。
镍镉扩散镀层的最高使用温度为500℃。
(1)镍镉扩散镀层外观
镍镀层为稍带黄色的银白色，镉镀层为银白色，扩散处理后为橄榄色、浅灰色、深灰色到黑灰色。
(2)镍镉扩散镀层物理及化学性能
镍镉扩散镀层的电极电位为-0.69V。扩散层是镍和镉的金属间化合物，其结构为NiCd4·NiCd3。
当镍镀层厚度为7～8μm时，内应力值为-34.3～10.3MPa。
(3)镍镉扩散镀层耐蚀性
对低合金钢、不锈钢均为阳极性防护层。
如果镍镉扩散镀层的扩散层被破坏而裸露出镍底层时，则裸露部分不再具有阳极保护特性，而是与纯镍镀层一样，具有阴极性防护层的特性。
几种可以在中温环境条件下保护钢的镀层特点对比，列于表1。
表1 中温防护镀覆层
| 防护层类别 |
特性 |
| 镍镉扩散镀层 |
这是近年来开始应用于发动机零件的中温防护层。其成分为NiCd4·NiCd3，电极电位为-0.69V(VS·SCE)，对钢为阳极性防护层，扩散层底部的镍层对钢仍为阴极性保护层。扩散层在中温条件下具有较高的抗氧化能力，保护基体金属的能力不低于常温下锌镀层。但该工艺会降低基体金属的疲劳性能，为减小这种影响，应采取镀前基体喷丸处理及低应力镀镍工艺等措施 |
| 无机盐铝涂层(WZL) |
涂层对钢为阳极性防护层，在常温和中温下对钢都有很高的保护能力，涂覆后对钢铁材料，包括高强度钢的力学性能都没有不利的影响，是优异的中温防护层 |
| 黄铜镀层 |
这是当前飞机上所使用的中温防护层之一，黄铜对钢为阴极性防护层，在中温条件下，镀层抗氧化能力差。孔隙率低于乳白铬，对钢基体的保护能力略高于乳白铬层 |
| 乳白铬层 |
这是当前飞机上所使用的中温防护层之一，对钢为阴极性防护层，镀层抗氧化能力较高，但孔隙多，对基体金属保护能力差 |
| A12涂层 |
该涂层由铝化物涂层外加很薄的陶瓷涂层组成，实际上是一种复合涂层。这种涂层对钢来说是阳极性保护层，涂层均匀，表面光洁度高，耐冲刷，对基体疲劳性能影响小 |
| TSM3涂层 |
这是Ni/Mg扩散涂层，外加一层很薄的陶瓷涂层，因此，是一种复合涂层。对钢来说，它是阳极性保护层。上述所有涂层中，TSM3在3%NaCl溶液中的电极电位最负，对钢的保护性最好 |
镍镉扩散镀层在常温与中温下对钢都有高的防护能力。
表2列出了该镀层与锌镀层的耐蚀性结果表明，即使在高于使用温度50℃的条件下加热100h，其耐蚀性仍然比锌镀层好。
表2 镍镉扩散镀层与锌镀层耐蚀性比较
| 镀层类别 |
试验前处理 |
周期浸渍腐蚀试验结果 |
盐雾腐蚀试验结果 |
|
- |
5448h后镀层表面附一层黄白色膜层，基体金属没有锈蚀 |
试验8个月经间断喷雾试验累计1209h，镀层仅出现灰色膜，基体金属没有锈 |
| 555℃加热100h |
1680h后基体金属生锈，锈蚀面积为10% |
| 锌镀层 |
- |
120h锌层表面铁锈点达80% |
验两个半月，基体金属开始锈蚀 |
镍镉扩散镀层具有良好的抗氧化能力，表3列出了镍镉扩散镀层与38Cr2Mo2VA钢的抗氧化试验结果。由表可见，镍镉扩散层的抗氧化能力比38Cr2Mo2VA钢高一倍以上。
表3 钢与镀层抗氧化性能
| 类别 |
抗 氧 化 条 件① |
氧化速度/[g/(m·h)] |
| 温度/℃ |
时间/h |
| 38Cr2Mo2VA |
550 |
100 |
0.127 |
| 镍镉扩散镀层 |
550 |
100 |
0.057 |
①按HB 5228-73 试验方法试验。
(4)镍镉扩散镀层设计规范
镍镉扩散镀层的设计规范见表4。
表4 镍镉扩散镀层的设计规范
| 设计依据 |
(1)对钢为阳极性防护层
(2)在中温（300～500℃）具有很好的和防腐蚀性能
(3)对钢为阳极性防护层
|
| 适用范围 |
(l)中温（500℃以下）条件下工作的钢零件
(2)要求耐热并耐冲刷的零件
|
| 不允许 |
(1)承受340℃加热处理后，对钢基体材料性能有影响时
(2)形状复杂的零件，镍镀层不能完全覆盖或达不到最小镍层厚度时
|
| 注意事项 |
禁止用电镀镍镉合金镀层代替镍镉扩散镀层在中温环境下使用 |
(5)镍镉扩散镀层厚度系列及应用范围
镍镉扩散镀层厚度系列及应用范围见表5。
表5 镍镉扩散镀层厚度系列及应用范围
| 厚度系列 |
应用范围 |
| 零件材料 |
使用条件 |
厚度/μm |
标志 |
| 钢、不锈钢 |
Y |
Ni5～8
Cd3～5
|
Ep·Ni5Cd3·Di |
(1)钢零件在250～500℃条件下的防护
(2)要求一定耐磨性零件的防护
|
| E |
Ni8～12
Cd3～5
|
Ep·Ni8Cd3·Di |
(6)镍镉扩散镀层其他特性
承受循环载荷的零件在镀镍镉扩散镀层以后，基体材料的的疲劳强度会有不同程度的降低，这是由于电镀时镍镀层的内应力与零件在机械加工时的表面残余应力以及工作时承受应力叠加的影响造成的。
疲劳性能的降低会导致零件工作过奄程中的早期破断。
为控制镍镉扩散镀层对基体材料疲劳性能的影响，在镀前进行喷丸处理对基体材料表面造成压应力，电镀镍时选用低应力的镀镍工艺。
从表6的数据可以看出，加工工艺不同，对基体材料的疲劳性能影响也不同。
在钢上直接电镀镍镉扩散镀层可使钢基体的疲劳性能下降20%，所以，电镀镍镉贫扩散镀层时，在工艺上应有所控制。
表6 镀镍镉扩散镀层对Cr17Ni2钢疲劳性能的影响
| 加工工艺 |
表面残余应力/MPa① |
疲劳强度极限 σ-1/MPa |
σ-1增加率/% |
| 基 体 |
镀 层 |
| 抛光 |
-480 |
- |
500 |
- |
| 电镀镍镉扩散镀层 |
+834 |
+343 |
402 |
-20 |
| 喷丸 |
+567 |
- |
534.5 |
+7 |
| 喷丸+镍镉扩散镀层 |
-500 |
+980 |
500 |
- |
| 基体喷丸+镍镉扩散镀层+喷丸 |
-873 |
-348 |
549 |
+10 |
①负值表示压应力，正值为拉应力。
(7)有关技术文件
①AMS 2416E 镍镉扩散镀层
②HB 5096-1982 镍镉扩散镀层质量检验
③HB/Z 31-1982 镍镉扩散镀层通用工艺说明
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