镁合金化学镀镍的研究
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镁合金化学镀镍的研究
况军,林浩
辽宁工程技术大学材料科学与工程系,辽宁阜新(123000)
摘 要:为研究对象本实验以AZ91D 镁合金。研究了化学浸锌处理和锡酸盐转化膜处理层两种不同的前处理条件下得到的化学镀镍层。比较了两种不同工艺得到的镀层的耐蚀性、表面形貌、硬度和结合力。结果表明:两种不同的前处理得到的镀镍样品具有很好的性能。通过对比:转化膜上沉积的镍层具有更好的性能。 关键词:镁合金;浸锌;转化膜;化学镀镍
1前言
镁合金以轻质、比强度高、比刚度高、比弹性模量高、可再循环性和良好铸造性能等特点[1]在航空航天、汽车制造、机械制造、电子、军事、通讯、光学仪器和计算机等领域有广阔的应用前景。特别是交通运输业由于节能与环境观念日益增强,要求减轻车的自重,采用镁合金制造交通运输工具的零部件,可达到最大的减重效果[2]。然而, 由于镁合金的化学活泼性很强、耐蚀性差,严重阻碍了它的工业应用。单从提高纯度来提高镁合金耐蚀性能的作用 是有限的,最常用和有效的方法是表面防护处理。而化学镀镍是有效的表面防护技术之一[3]。
2实验方法
2.1 浸锌镀镍
1) 除油
除油是化学镀镍前处理的重要步骤之一。除油配方及工艺条件如下: 溶液成分:工业酒精 工艺条件:室温,15分钟 2) 水洗
水洗的目的在于防止上道工序带出的溶液对下道工序溶液的污染和从工件表面清除污垢,以保证镀层附着力的合格。
3) 酸洗
酸洗是为了除去金属表面的氧化物及工件表面的锈等。本实验采用磷酸酸洗。配置简单,操作方便。
溶液成分:磷酸(85%) 工艺条件:室温,搅拌3分钟 4) 活化
由于镁合金的化学性质非常活泼,它在经过前几道工序处理后在极短的时间内又会迅速生成氧化膜或钝化膜,为了保证镀层与基体金属的牢固结合,因此需要进行活化处理[4]。本实验中的活化配方及工艺条件为:
溶液成分:氢氟酸(40%) 390ml/L
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工艺条件:室温,搅拌5分钟 5) 浸锌
本实验采用的浸锌配方及工艺条件如下:
七水合硫酸锌30~50g/L;焦磷酸钠120~150g/L;碳酸钠2~5 g/L;氟化钾3~4.5g/L;pH 值10.2~10.4;温度70~85℃;时间5~15 min。
在浸锌配方中,pH 值应控制在强碱性范围内;焦磷酸钠有助于获得结合力良好的浸锌层,它能迅速与镁合金表面的氧化膜和氢氧化物作用,将它们溶解成溶于水的络合物;氟化钾能控制沉积速率,从而改善浸锌层的结构和致密程度。
6) 化学镀镍
将预处理完毕的试样在镀浴中施镀1~2h。
2.2 转化膜上沉积镍工艺
1) 转化膜上沉积镍工艺的除油、酸洗、活化、水洗及化学镀镍配方及工艺条件同浸锌镀镍。
2) 本工艺采用污染轻的锡酸盐处理。配方及工艺条件如下:氢氧化钠10 g/L;锡酸钠50 g/L;醋酸钠10 g/L;焦磷酸钠50 g/;恒温水浴90℃;90min ,搅拌。
3实验结果及分析
3.1 镀镍层的表面形貌观察
利用扫描电子显微镜观察两种镀镍样品的表面形貌。图3.1(a)和(b)分别为浸锌后化学镀镍1小时和锡酸盐上沉积镍1小时的表面形貌。
(a ) (b )
图3-1 AZ91D合金化学镀镍层的表面形貌
(a )浸锌后化学镀镍层; (b )锡酸盐上沉积镍层 Fig.3-1 Surface morphologies of Ni-P cocating formed AZ91D (a )zinc-dipping coating;(b )stannate conversion coating
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从图3.1表面形貌可以看到,两种镀镍层都是由细小的球状颗粒密积而成,颗粒之间存在缝隙,表面无缺陷。比较而言,锡酸盐上沉积镍层颗粒更加细小和致密。
3.2 镀镍层的结合力
用锉刀沿45°锉去表面镀层,露出基体与镀层的界面,观察浸锌的镀镍层和锡酸盐上沉积的镍层,均未发现起皮现象,说明得到的镀层的结合力都良好。
3.3 镀镍层的耐蚀性
测定三种样品的硬度,其硬度值见表3-1。
表3-1镁合金基体及两种镀镍样品的腐蚀速率
Table 3-1 Corrosion morphology of magnesium alloys and two electroless nickel coating
试验样品 镁合金基体 浸锌后的镀镍层 锡酸盐上沉积的镍层
腐蚀速率V ,mg/dmh
4.25 1.46 1.05
可以看出:化学镀镍后提高了耐蚀性,对基体有良好的保护作用。锡酸盐上沉积的镍层的腐蚀速率较低,说明此工艺得到的镍层具有优异的耐蚀性。
3.4 镀镍层的硬度
利用显微硬度计在25g 载荷作用下测得的硬度结果如下。
表3-2 镀镍层的硬度(kgf/ mm2)
Table 3-2 The value of coating hardness(kgf/ mm2)
镁合金基体
浸锌后的镀镍层 锡酸盐上沉积的镍层
37.6 261.7 263.2
从表3-2中可以得出:镁合金化学镀镍样品的硬度比镁合金基体有了显著提高。比较而言,锡酸盐上沉积的镍层硬度稍高一些。由于锡酸盐上沉积的镍层结构更致密,使其硬度较浸锌后的镍层高一些。
4结论
1) 两种工艺得到的镀镍层表面均无麻点、暗影和树枝状沉积层等缺陷,镀层具有半光亮性。
2) 从实验结果可以得出:两种镀镍样品的腐蚀速率都较低,都具有很高的硬度及较好的结合力,说明镀层对基体起到了很大的保护作用。
3) 比较两种镀镍层,转化膜上沉积的镍层组织更致密,与基体结合更好,硬度更高,具有优异的耐蚀性。
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参考文献
[1] 卡思RW, 哈森P, 克雷默EJ, 丁道云, 等翻译. 材料科学与技术丛书, 第八卷, 非铁合金的结构与性能[M].北京:科学出版社,1999.
[2] 白木, 周洁. 车用材青睐镁合金[J].金属世界,2002, (2):4-5.
[3] 周婉秋, 单大勇, 曾荣昌, 等. 镁合金的腐蚀行为与表面防护法[J].材料保护,2002,35(7):1-3. [4] 刘永健, 王印培. 化学镀镍工艺对镀层耐蚀耐磨性的影响. 腐蚀与防护,2001,22(7):293-296.
Study on Electroless Nickel of Magnesium Alloys
Kuang Jun,Lin Hao
Department of Material Science and Engineering, Liaoning technical university,
Fuxin Liaoning, China (123000)
Abstract
AZ91D alloy was used as the material in this experiment. The experiments of electroless nickel were studied by Zinc-dipping pretreatment and stannate conversion coating pretreatment. The corrosion resistance, hardness and adhesive stress of the two differents coatings were compared. The results showed the Ni coating deposited on them have good properties. The properties of the Ni coating on the stannate conversion coating are superiority.
Keywords: magnesium alloys; zinc-dipping; conversion coating; electroless nickel.
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