LaCl3 对Ni-P化学镀层性能的影响

张云霞， 张忆凡

（辽宁石油化工大学 继续教育学院，辽宁 抚顺 113001）

LaCl3对Ni-P化学镀层性能的影响

张云霞， 张忆凡

（辽宁石油化工大学 继续教育学院，辽宁 抚顺 113001）

研究了稀土氯化镧（LaCl3）对Ni-P化学镀层的沉积速率、表面形貌、成分、显微硬度及耐蚀性的影响。结果表明：当Ni-P镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度为25mg/L时，Ni-P镀层的沉积速率提高；且此时镀层表面更加致密、平整，镀层的显微硬度提高；此外，镀层中P元素的质量分数也有所增加，镀层表面缺陷更少，镀层的耐蚀性得到改善。

化学镀；氯化镧；显微硬度；耐蚀性

0 前言

Ni-P化学镀层由于具有硬度高、耐磨性和耐蚀性好等优点，已应用于多个领域［1－2］。但随着世界各国工业化的不断深化和发展，Ni-P镀层的使用环境越来越苛刻，对Ni-P镀层的表面质量、硬度和耐蚀性等性能也提出了更高的要求。本文在Ni-P镀液的基础上加入稀土氯化镧（LaCl3），研究了LaCl3对Ni-P镀层的沉积速率、表面形貌、成分、显微硬度和耐蚀性等方面的影响，希望能改善Ni-P镀层的质量，扩展Ni-P镀层的应用范围。

1 实验

1.1 实验材料

采用35mm×20mm×3mm的20＃钢试样进行化学沉积。

1.2 工艺流程

1 500＃砂纸打磨—→乙醇擦拭—→碱洗除油—→水洗—→活化—→冷水洗—→热水洗—→化学镀镍—→水洗—→吹干—→检测

1.3 镀液组成及工艺条件

硫酸镍25g/L，次磷酸钠32g/L，乙酸钠16 g/L，柠檬酸钠18g/L，pH值4.5，（88±2）℃，1h。通过上述镀液配方制备Ni-P镀层；在该镀液中加入LaCl3·7H2O，制备 Ni-P-LaCl3镀层。

实验中采用pHS-25型酸度计对镀液的pH值进行测定，并采用氨水或硫酸调节镀液的pH值；采用HH-4型数显恒温水浴锅控制镀液温度；采用TESCAN扫描电镜对镀层的表面形貌及成分进行观察和测试。

1.4 镀层性能测试

（1）沉积速率

按照以下公式计算Ni-P镀层的沉积速率：

式中：v为沉积速率，μm·h－1；Δw为试样施镀前后的质量差，g；ρ为镀层的密度，取7.80g·cm－3；S为试样的表面积，cm2；t为沉积时间，h。采用TG 328A型电光分析天平称量试样施镀前后的质量（精确到0.1mg）。

（2）显微硬度

采用上海泰明光学仪器有限公司生产的HXD－1000TMC/LCD型显微硬度计测试Ni-P镀层的显微硬度，载荷为0.5N，应力作用时间为10s，测试9个点并取平均值。

（3）耐蚀性

采用交流阻抗评价镀层的耐蚀性。电化学测试采用三电极体系，工作电极为镀层，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为石墨。腐蚀介质为质量分数为3.5%的NaCl溶液。交流阻抗在自腐蚀电位下进行测试，扰动电位为10mV，频率范围为100kHz～10mHz，采用ZSimpWin3.21软件对测试数据进行数值拟合。

2 结果与讨论

2.1 LaCl3对Ni-P镀层沉积速率的影响

随着Ni-P镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度由0mg/L增加到25mg/L，Ni-P镀层的沉积速率由17.52μm/h增加到18.61μm/h；但当其质量浓度超过200mg/L以后，Ni-P镀层的沉积速率仅为0.45μm/h。因此，从 Ni-P镀层沉积速率的角度考虑，镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度应不超过25mg/L。

2.2 LaCl3对Ni-P镀层表面形貌和成分的影响

图1为镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度为0mg/L和25mg/L时镀层的表面形貌。由图1可知：向镀液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，镀层的胞状物直径有所减小，胞状物之间结合得更加紧凑，镀层更加平整、致密、光亮。

同时，EDS测试结果表明：向镀液中加入25 mg/L的LaCl3·7H2O以后，Ni-P镀层中并没有检测到La元素，说明La并没有沉积到镀层中，但镀层中P元素的质量分数从原来的8.19%增加到9.13%。

图1 镀层的表面形貌

2.3 LaCl3对Ni-P镀层显微硬度的影响

图2为镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度为0mg/L和25mg/L时镀层的显微硬度。由图2可知：向镀液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，菱形对角线的长度较未添加LaCl3·7H2O的要小一些，表明镀层的显微硬度有所提高。测试数据表明：向镀液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，Ni-P镀层的显微硬度由原来的4 620MPa提高到5 260MPa。

图2 镀层的显微硬度图片

2.4 LaCl3对Ni-P镀层耐蚀性的影响

图3为镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度为0mg/L和25mg/L时，镀层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学阻抗谱。由图3可知：向镀液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，所得镀层的容抗弧直径更大，表明镀层的耐蚀性更好。

图3 镀层的Nyquist曲线

采用等效电路图（见图4）对图3的Nyquist曲线进行数值拟合。其中Rs为溶液电阻，Rd为膜电阻，Cd为表面膜电容，Rct为电化学反应时的电荷转移电阻，Qdl为镀层/溶液双电层电容的常相位元件。拟合结果表明：随着镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度由0mg/L增加到25mg/L，Ni-P镀层的电荷转移电阻由595.7Ω·cm2增加到945.6Ω·cm2。这表明腐蚀反应发生时，电极反应阻力明显增大，镀层的耐蚀性得以提高。

图4 Nyquist曲线的等效电路图

以上测试结果表明：向镀液中加入适量的LaCl3，可提高Ni-P镀层的耐蚀性。其原因可以归结为：（1）Ni-P镀层由于容易形成镍的磷酸盐等钝化膜［3］而使其表现出良好的耐蚀性，镀液中加入LaCl3有助于提高镀层中P元素的质量分数，从而促进钝化的发生；（2）LaCl3改善了Ni-P镀层的表面质量，提高了镀层的致密性，减少了缺陷数量以及腐蚀离子渗入基体表面通道和腐蚀微电池的数量。这两个因素使Ni-P-LaCl3镀层表现出更大的电荷转移电阻，从而表现出更好的耐蚀性。

3 结论

当Ni-P镀液中LaCl3·7H2O的质量浓度为25mg/L时，Ni-P镀层的沉积速率由17.52μm/h提高到18.61μm/h；且此时镀层表面更加致密、平整，缺陷数量更少，镀层的显微硬度由原来的4 620 MPa提高至5 260MPa；此外，LaCl3还有助于提高镀层中P元素的质量分数，促进钝化的发生，有利于改善Ni-P镀层的耐蚀性。

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［1］BABU G V，PALANIAPPA M，JAYALAKSHMI K，etal.Electroless Ni-P coated on graphite as catalyst for the electrooxidation of dextrose in alkali solution［J］.Journal of Solid State Electrochemistry，2007，11（12）：1 705-1 712.

［2］HAMDY A S，SHOEIB M A，HADY H，etal.Electroless deposition of ternary Ni-P alloy coatings containing tungsten or nano-scattered alumina composite on steel［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2008，38（3）：385-394.

［3］ELSENER B，CROBU M，SCORCIAPINO M A，etal.Electroless deposited Ni-P alloys：Corrosion resistance mechanism［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2008，38（7）：1 053-1 060.

Effects of LaCl3on Performance of Electroless Ni-P Coating

ZHANG Yun-xia， ZHANG Yi-fan
（College of Continuing Education，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，China）

The effects of LaCl3on the deposition rate，surface morphology，composition，micro-hardness and corrosion of electroless Ni-P coating were investigated.The experimental results show that when the mass concentration of LaCl3·7H2O in the bath is 25mg/L，the deposition rate of Ni-P coating was accelerated，and the surface of the Ni-P coating becomes more compact and even，leading to a higher coating micro-hardness；moreover，the mass fraction of P element is increased to some extent and the flaws of Ni-P coating surface are decreased，as a result the corrosion resistance of the coating is improved.

electroless plating；LaCl3；micro-hardness；corrosion resistance

TQ 153

A

1000-4742（2013）02-0046-03

2012-02-20