电镀Cu-Mo-Ni 合金的可行性分析

2015-01-29 02:14李远会万明攀黄碧芳张晓燕郭忠诚
电镀与环保 2015年1期
关键词:平衡条件热力学水溶液

李远会, 万明攀, 黄碧芳, 张晓燕, 郭忠诚

(1.昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明650039;2.贵州大学 材料与冶金学院,贵州 贵阳550003)

0 前言

Cu-Mo假合金材料可用作电触头材料[1]。钼合金的制备方法主要是粉末冶金及其衍生工艺[2]。生产实践证明:电镀法能保证含银合金电接触元件的质量[3],但镀液往往含有氰化物,且银资源稀缺、昂贵。随着社会推崇节约环保理念,无银铜基电接触新材料必将成为重要的研究对象。镍可以改善铜基电接触材料的质量和使用性能[4]。目前,电镀制备Cu-Mo-Ni合金材料还未见报道。本文拟从热力学角度分析电镀Cu-Mo-Ni合金的可行性。

1 Cu-H2O体系下E-pH图

表1为T=298K,Cu-H2O 体系中主要考虑的反应及根据反应组分的热力学数据[5]导出的E-pH表达式。

表1 Cu-H2O 体系中主要反应和平衡条件

图1为Cu-H2O系E-pH图。图1中,a-①-②线围成的较宽区域里,无论酸性或碱性Cu2+水溶液中均能电镀金属Cu。本文热力学分析只限于E-pH图中电镀金属或合金的区域,a、b直线分别表示标准状态下H2、O2的平衡线,涉及的相关离子浓度均为0.1mol/L。

图1 Cu-H2O系E-pH图

2 Ni-H2O 体 系 下E-pH图

表2为T=298K,Ni-H2O 体系中主要考虑的反应及根据反应组分的热力学数据[6]导出的E-pH表达式。

表2 Ni-H2O 体系中主要反应和平衡条件

图2为Ni-H2O系E-pH图。图2 中,a-①-②线围成的区域里,Ni能从Ni2+水溶液中析出。但此区域相对狭窄,容易引起析氢、渗氢或电沉积氢氧化物胶体。

图2 Ni-H2O系E-pH图

3 Mo-H2O体系下E-pH图

Mo-H2O 体系水溶液的化学性质较为复杂,本文考虑该体系存在的物质主要有Mo、MoO2、及。表3为T=298 K,Mo-H2O 体系中主要考虑的反应及根据反应组分的热力学数据[7]导出的E-pH表达式。

图3为Mo-H2O系E-pH图。图3中,a析氢平衡线在Mo的平衡线上方,说明Mo不能从水溶液中析出。参照文献[8],将图1和图3简单叠合,得到如图4所示的Cu-Mo-H2O系EpH 叠合图。图4 中,a析氢平衡线上方无Cu-Mo共沉积稳定区域。所以,水溶液不能电镀Cu-Mo 假合金。但在Ni2+的诱导作用下,水溶液能析出Ni-Mo合金。

图3 Mo-H2O系E-pH图

表3 Mo-H2O 体系中主要反应和平衡条件

图4 Cu-Mo-H2O系E-pH 叠合图

因缺少Cu-Ni固溶体的热力学数据,将图1和图2叠合,得到如图5所示的Cu-Ni-H2O系E-pH叠合图。由图5可知:Cu-Ni合金能从图2中a-①-②线围成的热力学稳定区域内正常共沉积析出。

图5 Cu-Ni-H2O系E-pH 叠合图

4 结论

在Cu2+、Ni2+水溶液中,Cu和Ni在热力学稳定区能正常共沉积析出。Cu-Mo 假合金不能在水溶液中析出,但Ni-Mo 合金能在水溶液中诱导共沉积析出。因此,电镀法制备Cu-Mo-Ni合金是可行的。

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