中温碱性镁合金化学镀镍研究

2014-06-05 11:04赵宇宏郝小军
中国铸造装备与技术 2014年3期
关键词:镀镍镀液中温

葛 昆,侯 华,赵宇宏,,郝小军,蒋 博,郭 维

(1.中北大学,山西太原 030051;2.扬州峰明金属制品有限公司,江苏扬州 225117)

镁合金因具有比重轻、密度小、比强度和比刚度高等优点而广泛应用于汽车工业、机械工业、航空航天工业、电子通讯等领域[1-3],但镁的化学性质活泼,电极电位为 -2.34V(SHE)[4],是所有金属工程结构材料中电负性最强的,易与其他金属材料形成电偶腐蚀;另外在其表面形成的 Mg(OH)2或者MgO薄膜疏松多孔,MgO的PBR值为0.81[5],这层薄膜稳定性差,对镁基体的保护性能很弱。镁合金中存在第二相或杂质元素会引起电偶腐蚀,使得镁合金的耐蚀性很差。镁合金化学镀镍工艺包括浸锌法[6]和直接化学镀镍法[7-9]。目前直接化学镀镍工艺镀液一般采用高温酸性工艺参数,硫酸镍酸性镀液在较高温度下对镁合金无明显腐蚀,但需要消耗较多的能量,镀液组分的挥发也多,且处于热力学不稳定状态,镀液稳定性降低,易于引起镀液分解,从而引起废水处理和排放等环境问题。然而镁合金碱性镀液[10-11]工艺起镀温度低,中温施镀镀速快、能耗小,本文主要对镀液成分进行了改善,降低施镀温度并且采取碱性镀液进行镁合金直接化学镀镍,分析镀层表面结构和形貌,测试其耐蚀性能。

1 实验

1.1 试样制备

试样采用铸造镁合金AZ91D,试样尺寸为20 mm×20 mm×3 mm,分别用粗砂、600#SiC砂纸、800#SiC砂纸、1500#SiC砂纸打磨试样,直至试样表面光滑平整、无明显划痕。化学镀镍工艺流程为:基体打磨—丙酮清洗—碱性超声波清洗—酸性浸蚀—氢氟酸活化—直接化学镀镍,上述各步骤之间用去离子水清洗。

1.2 前处理工艺与镀液成分和操作条件

前处理工艺成分及条件如表1所示,镀液主盐选择价格便宜、不引入杂质离子的硫酸镍,络合剂采用柠檬酸钠作为主络合剂、氨基乙酸为辅助络合剂的复合络合剂,碱性镀液中柠檬酸钠有良好的络合能力,镀液成分和工艺条件的最佳工艺是由正交试验确定的,最佳成分及工艺如表2。

1.3 镀层组织、性能检测

镀层相结构采用日本理学(RIGAKU)公司生产的D/max-rB型X射线衍射仪测试(XRD),测定条件为Cu Kα辐射(λ= 0.15418 nm),扫描速度5(°)/min,扫描角度 10°~90°。形貌分析采用 SU-1500型扫描电子显微镜,加速电压为10~20 kV。AZ91D镁合金及镀层的极化曲线采用恒电位仪、ZF-4电位扫描信号发生器和ZF-10B数据采集存贮器测试,在3.5%的氯化钠溶液中,以饱和甘汞电极为参比电极、铂电极为辅助电极、镁合金试样为工作电极,留出工作面,其余表面以704硅胶封固,分别测试镁合金和镀层的动态极化曲线。

表1 前处理工艺条件

表2 镀液成分及条件

2 结果与讨论

2.1 镀层结构与形貌

图1是镀层XRD衍射图谱,由图谱可知:在镁合金基体表面覆盖有Ni-P固溶体,固溶体种类较复杂,同时在2θ约70°的衍射峰发现Mg-Zn金属间化合物,说明镀层厚度较薄,XRD可以穿透镀层扫到基体镁合金的成分。Ni-P固溶体峰呈现尖锐的晶体峰,说明镀层整体呈现晶态。

图2是铸态AZ91D镁合金表面SEM图片,AZ91D镁合金由固溶体α-Mg,沿它的晶界以不连续网状分布着Mgl7Al12相,以及分布在固溶体α-Mg相中的Mn-Al化合物小质点所组成,AZ91D两相的腐蚀电位分别为-1.73V(VS SCE,下同)和-1.0V,样品表面电位不等致使形成腐蚀微电池,导致AZ91D镁合金表面难以施镀。

图1 镀层XRD衍射图谱

图2 AZ91D镁合金表面形貌

图3是镀层表面形貌,镀层表面致密均匀,有少量因反应速率过快导致形成的气孔,能谱分析表明,镀层表面磷的浓度为3.28%,属于低磷镀层,镀层中磷浓度的高低决定了镀层的晶态非晶态性质,镀层中磷浓度低镀层呈现晶态,晶粒尺寸较大,表面存在不同种类的缺陷和化学成分偏析,导致镀层性能降低。图4是镀层截面形貌,镀层厚度较均匀,施镀30 min镀层厚度约为5 μm左右,镀层与基体结合良好、紧密,但因镀层较薄,对基体只能起到一定的保护作用。

2.2 镀层耐蚀性

图3 镀层表面形貌

图4 镀层截面形貌

AZ91D镁合金与镀层在3.5%NaCl溶液中的极化曲线如图5,镀层的极化曲线相对于镁合金基体向上移动,一定程度上提高了镁合金的耐腐蚀性能。镀层的腐蚀电位提高量不大,这是由于镀层呈现晶态,表面存在气孔类型的缺陷,基体耐蚀性提高不大。利用强极化区线拟合的方法,镁合金基体与镀层测得腐蚀电流密度分别为3.32 mA/cm2和0.648 mA/cm2,镀层腐蚀速率明显低于镁合金基体,说明镀层耐蚀性高于镁合金基体。

图5 镁合金与镀层的动态极化曲线

3 结论

(1)在AZ91D镁合金表面制备了Ni-P镀层,XRD和EDS分析显示镀层呈现晶态,属于低磷镀层,镀层表面致密均匀,有少量气孔存在。

(2)中温碱性化学镀Ni-P合金腐蚀速率慢、镀层腐蚀电位高,对镁合金基体起到保护作用。

[1]曾荣昌,柯伟,徐永波.Mg合金的最新发展及应用前景[J].金属学报,2001,7(37):673-681.

[2]翟春泉,曾小勤,丁文江.镁合金的开发与应用[J].机械工程材料,2001,1(25):6-10.

[3]M or dike B L,Ebert T.Magnesium Properties-applicationpotential[J].Materials Science and Engineering, 2001,A302:37-45.

[4]曹楚南著.腐蚀电化学原理(第二版)[M].北京:化学工业出版社.2003.10.

[5]王福会,杜克勤,张伟.镁合金的腐蚀与防护研究进展[J].中国材料进展,2011,2(30):30-2.

[6]刘新宽,向阳辉,胡文彬,等.镁合金化学镀镍磷研究[J].宇航材料工艺,2001,4:21-26.

[7]霍宏伟,李瑛,王福会.AZ91D镁合金化学镀镍[J].中国腐蚀与防护学报,2002,1(22):4-17.

[8]余刚,刘跃龙,李瑛.Mg合金的腐蚀与防护[J].中国有色金属学报,2002,6(12):1087-1098.

[9]Song YW,Shan DY,Han EH.High corrosion resistance of electroless composite plating coatings on AZ91D magnesium alloys[J].Electrochemical Acta,2008,53:2135-2143.

[10]邹建平,贺子凯,黄鑫.中温化学镀镍加速剂的研究[J].电镀与环保,2004,24(6):27-29.

[11]梁平.中温化学镀镍磷复合加速剂的研究[J].电镀与环保,2005,25(6):13-15.

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