緩沖劑對鋁合金表面化學鍍Ni_P合金性能的影響

1、下半月出版Material & Heat Treatment材料熱處理技術(shù)緩沖劑對鋁合金表面化學鍍 Ni-P 合金性能的影響陳艷芳 1,2, 齊妍潔 1, 馬明月 1, 萇清華 1,2(1. 河南科技大學 材料學院, 河南 洛陽 471003; 2. 河南省有色金屬材料科學與加工技術(shù)重點實驗室 , 河南 洛陽471003)摘 要：研究了鍍液中緩沖劑濃度對鋁合金表面化學鍍的影響，利用測定鍍速、掃描電鏡、能譜分析和極化曲線等方法對化學鍍的速度、鍍層形貌、鍍層成分和鍍層的耐腐蝕性進行了表征。 結(jié)果表明：緩沖劑采用丁二酸，其濃度為 16 g/L 時鍍速最快，鍍層均勻、致密、顆粒細小，并且鍍層含 P 量

2、最大，耐腐蝕性最強。關(guān)鍵詞：鋁合金； 化學鍍 Ni-P； 緩沖劑； 鍍層中圖分類號：TG174.44文獻標識碼：A文章編號：1001-3814(2010)22-0111-02Effect of Buffer Agent on Property of Electroless Platingof Ni-P Alloy on Al Alloy SurfaceCHEN Yanfang1,2, QI Yanjie1, MA Mingyue1, CHANG Qinghua1,2(1. School of Materials, Henan University of Science & Technology

3、, Luoyang 471003, China; 2. Henan Key Laboratory of Non-ferrous Metal Materials Science and Processing, Luoyang 471003, China)Abstract：The influences of buffering agent concentration in electroplating on electroless plating on Al alloy surface were studied. Through measuring deposition speed, SEM, E

4、DS and polarization curve etc, the plating speed, morphology, composition and corrosion resistance of the plating were characterized. The results show that the plating speed is soonest when using succinic acid as buffering agent and its concentration is 16 g/L. At this time, not only the plating is

5、homogeneous, compaction and has small grain, but also phosphorus contents is maximum and the corrosion resistance is greatest.Key words：Al alloy; electroless nickel-phosphorus; buffer agent; plating鋁合金材料密度小，導熱、導電性能較好，強度質(zhì)量比高，加工成型方便，在電子、航空航天、國防等諸多領(lǐng)域得到極大的應用1，但其硬度低、耐磨、耐腐蝕性差，越來越不能滿足其應用要求。 因而應根據(jù)使用要求進行相應的表

6、面處理。 鋁及鋁合金化學鍍 Ni-P 可明顯提高表面硬度、 耐磨及耐腐蝕性，而且還可以賦予表面其他許多功能特性，如釬焊性、可拋光性等，可進一步擴大其應用領(lǐng)域2。 本文采用不同的緩沖劑濃度在鋁合金基體上化學鍍 Ni-P 合金，以獲得各方面性能都較好的鍍層。1 實驗材料及方法1.1實驗材料實驗選用常用的 6063 鋁合金 ，其化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)為：0.20.6Si，0.450.9Mg，0.1Cu，0.35Fe，收稿日期:2010-04-20基金項目:國家自然科學基金資助項目(50801021);河南科技大學大學生訓練計劃(2009001)作者簡介:陳艷芳(1978- ),女,河南洛陽人,講師

7、,碩士,主要從事電化學研究;電話E-mail:余為 Al；樣品尺寸為 30 mm 15 mm 3 mm。1.2實驗儀器DZKW-D-2 型電熱恒溫水浴鍋 ；H198107 筆式酸度計；101A-2 型電熱鼓風恒溫干燥箱、 電磁攪拌器。 JSM-5610LV 掃描電子顯微鏡、電化學工作站、電子天平等。1.3化學鍍工藝鋁合金化學鍍 Ni-P 合金的工藝流程為：機械拋光化學除油堿蝕(10%NaOH)冷水洗混合酸浸蝕冷水洗第一次浸鋅水洗退除浸鋅層水洗第二次浸鋅水洗預鍍一薄層 Ni-P 合金熱水洗鍍高磷 Ni-P 合金熱水洗。 其溶液配方及

8、操作條件見表 13。1.4組織性能測試方法化學鍍鎳磷鍍層沉積速度的測定方法見文獻4。采用附帶能譜儀的日本電子的 JSM-5610LV 型掃描電子顯微鏡觀察試樣鍍層表面的組織形貌和成分分布。試樣鍍層的耐腐蝕性采用上海辰華儀器公司的 CHI660C 型電化學工作站檢測 ， 采用質(zhì)量分數(shù)為熱加工工藝 2010 年第 39 卷第 22 期111材料熱處理技術(shù) Material & Heat Treatment表 1 溶液的配方及操作條件Tab.1 Content of plating solution and working condition工藝名稱溶液配方操作條件除油Na2CO3 25 g/L；N

9、a3PO412H2O 30 g/L6070 ；46 min堿浸蝕NaOH 100 g/L2030 ；20 s混酸洗98%H2SO4 100 ml/L；2030；15 s65%HNO3 500 ml/L第一次NaOH 50g/L；ZnO 5 g/L；酒石酸鉀鈉1527 ；浸鋅50 g/L；FeCl36H2O 2 g/L；NaNO3 1g/L3060 s退鋅50% HNO32030 ；3090 s第二次NaOH 120 g/L；ZnO 20 g/L；2025 ；酒石酸鉀鈉 50 g/L；浸鋅1030 sFeCl36H2O 2 g/L；NaNO3 1 g/L化學鍍NiSO46H2O 30 g/L；N

10、aH2PO2H2O(452) ；pH=830 g/L；C6H8O7H2O(檸檬酸)沉積速度 6 m/h薄層 P-Ni10 g/L；NH4CL(氯化銨) 30 ml/L；磁力間歇攪拌添加劑 10 g/L；穩(wěn)定劑 3 ml/L鍍高磷NiSO46H2O 25 g/L；NaH2PO2(752) ；H2O 24 g/L；蘋果酸 24 g/L；pH=5.86.0 沉積Ni-P 合金丁二酸(5，11，16，21，26) g/L；速度 11.5 m/h穩(wěn)定劑 10 mg/L磁力間歇攪拌3.5%、 pH=6.8 的 NaCl 溶液作為腐蝕溶液。2 結(jié)果與分析2.1緩沖劑對鍍速的影響根據(jù)實驗及計算結(jié)果可得出不同緩

11、沖劑濃度下的鍍速，見圖 1。 可見，加入緩沖劑丁二酸后，鍍速有易脫落，比較合適。2.3 緩沖劑對鍍層成分的影響運用能譜儀分析不同緩沖劑濃度的鍍層含磷量，結(jié)果見圖 3。 可看出，隨緩沖劑濃度的增加，鍍層中的含磷量逐漸增加， 達到最高時又隨緩沖劑濃度的增加而逐漸減少。當緩沖劑的濃度為 16 g/L 時，鍍層含磷量最大。 研究表明4：w(P)3%的鍍層是晶體結(jié)構(gòu)；w(P)8%是非晶態(tài)；含磷量介于兩者之間時，為晶體與非晶態(tài)的混合。 Ni-P 鍍層按磷含量增加的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律為：晶態(tài)晶態(tài)+微晶微晶微晶+非晶態(tài)非晶態(tài)。 因此緩沖劑濃度為 16 g/L 時， 鍍2010 年 11 月7.0)6.5-1mh6.

12、0/(5.5鍍速5.04.54.0111621266緩沖劑濃度 / (gL-1)圖 1 緩沖劑濃度與鍍速的關(guān)系Fig.1 Relation between concentration of buffering agent and plating speed一定提高，但加入量不能過大，否則鍍速有下降的趨勢。 當緩沖劑濃度為 16 g/L 時，鍍速最大。 由于隨著反應地進行，在鍍鎳過程中有大量的氫離子產(chǎn)生，使溶液的 pH 值隨著過程的進行逐漸降低， 破壞了溶液的平衡， 影響鍍速。 為使溶液在施鍍過程中保持平衡需要加入一些緩沖劑， 其主要作用是維持系統(tǒng)的氫離子的平衡， 常用的緩沖劑是一些弱酸弱堿鹽類

13、，本實驗采用丁二酸。2.2鍍層微觀形貌分析不同緩沖劑濃度下的鍍層表面形貌見圖 2。 可看出 ，當緩沖劑濃度為 16 g/L 時 ，鍍層較其他濃度下的試樣鍍層均勻、致密、細小，表面顆粒較均勻，不987(%)6P5w432111621266緩沖劑濃度 / (gL-1)圖 3 緩沖劑濃度與磷含量的關(guān)系Fig.3 Relation between concentration of buffering agent and P content層結(jié)構(gòu)為非晶體， 更有利于保護基 (下轉(zhuǎn)第 116 頁)112Hot Working Technology2010, Vol.39, No.22材料熱處理技術(shù) Mat

14、erial & Heat Treatment5 趙新，金杰，姚建銓激光表面改性技術(shù)的研究與發(fā)展J光電子激光，2000，(3)：324-3286 王華明 金屬材料激光表面改性與高性能金屬零件激光快速成形技術(shù)研究進展J航空學報，2002，23(5)：473-4787 王新洪，鄒增大，曲仕堯表面熔融凝固強化技術(shù)-熱噴涂與堆焊技術(shù)M北京：化學工業(yè)出版社，200580-838 黎文獻鎂及鎂合金M長沙：中南大學出版社，2005100-1039 廖寧 ，肖澤輝鎂合金激光表面處理技術(shù)的應用J 表面技術(shù) ，2008，37(3)：69-7010 高亞麗 ，王存山 ，劉紅賓AZ91HP 鎂合金真空激光熔凝的微觀組織

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16、 ，等表面處理手冊M北京 ：北京工業(yè)大學出版社，200466-6814 李貴江， 許長慶， 孟丹， 等材料表面激光合金化研究進展J鑄造技術(shù)，2008，29(8)：1136-113715 陳長軍，常慶明，張敏，等ZM5 鎂合金表面激光 Al 合金化行為的研究J應用激光，2007，27(4)：261-26816 Galun R， Weisheit A， Mordike B LLaser surface alloying of(上接第 112 頁)體，使基體免受腐蝕。 由此可見，磷含量發(fā)生變化，導致鍍層晶形發(fā)生變化。2.4鍍層耐腐蝕性檢測使用上海辰華儀器公司的 CHI660C 型電化學工作站分析測試

17、動電位極化曲線，結(jié)果見圖 4。-1e-2bI /A-3-4lg-5a-6c-7d-2.0-1.5-1.0-0.50.0E / V圖 4 電位極化曲線Fig.4 Electric potential polarization curves曲線 a、b、c、d、e 分別代表緩沖劑濃度為 6、11、16、21 和 26 g/L 時的極化曲線。 可看出， 曲線 c 的自腐蝕電位最大，鍍層的耐腐蝕性最好，對應的緩沖劑濃度為 16 g/L， 此時鍍層中的 P 含量也最大。 這是由于磷含量的變化會導致鍍層內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。3 結(jié)論2010 年 11 月magnesiu m base alloys JJo

18、urnal of Laser Applications，1996，(12)：229-23017 肖澤輝 ，張仁鎂合金激光表面處理技術(shù) J電鍍與涂飾 ，2008，27(11)：28-2918 葛亞瓊， 王文先， 崔澤琴， 等鎂合金激光加工技術(shù)的研究J機械工程與自動化，2008，151(6)：1-219 何柏林，孫佳，史建平工模具材料激光表面強化處理應用與發(fā)展J熱加工工藝，2009，38(18)：86-8720 沈燕娣激光熔覆工藝基礎(chǔ)研究D上海 ：上海海事大學 ，200620-2321 劉玉賓 ，王存山 ，高亞麗 ，等鎂合金表面激光熔覆 Cu-Zr-Al非晶復合涂層J中國激光，2007，4(34)：549-53322 許晨陽 ， 楊盼 ， 劉彩梅 ， 等AZ91D 鎂合金表面激光熔覆Al60Si40 涂層研究J表面技術(shù)，2009，38(6)：22-2323 張仁 ，肖澤輝鎂合金表面激光熔覆 Fe 合金 J熱加工工藝，2009，38(18)：90-9224 崔澤琴， 王文先， 葛亞瓊， 等AZ31B 鎂合金表面激光熔覆Ni60 合金粉末及性能J材料工程，2009(增刊 1)：164-17025 王宏