亞磷酸體系鎳磷合金電鍍工藝及影響鍍層耐蝕性的主因素

主因素［摘要］為了弄清影響亞磷酸體系電鍍鎳磷合金層耐蝕性能的主因素，用極差法分析了各工藝參數(shù)的影響，采用SEM/EDAX考察了鎳磷鍍層的形貌、成分，采用電化學(xué)測(cè)試考察了鍍層的耐蝕性，測(cè)定了鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，并確定了最佳工藝條件。結(jié)果表明：亞磷酸含量是影響鍍層耐蝕性的主要因素，在240g/L硫酸鎳，45g/L氯化鎳，30g/L硼酸，30g/L亞磷酸，電流密度5A/dm2,溫度40°C條件下所得鍍層均勻，耐蝕性和結(jié)合力好。［關(guān)鍵詞］電沉積；鎳磷合金；亞磷酸體系；耐蝕性能;影響因素［中圖分類(lèi)號(hào)］TQ153.2［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1001—1560(2011)07—0064—030?前言鎳磷合金鍍層耐腐蝕、耐高溫、耐磨，導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性高，原料成本低，環(huán)保性能好，在汽車(chē)、航空航天、電子、通訊等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。獲得鎳磷合金鍍層的主要途徑包括化學(xué)鍍和電鍍。其中在沉積速率、鍍液穩(wěn)定性、成本、最大厚度等諸多方面，電鍍法具有化學(xué)鍍法不具備的優(yōu)點(diǎn)［1?7］。目前，電鍍鎳磷合金工藝和性能的報(bào)道較化學(xué)鍍少，進(jìn)一步了解電鍍工藝參數(shù)對(duì)鍍層耐蝕性的影響對(duì)于擴(kuò)大電鍍鎳磷的應(yīng)用范圍很有意義。次磷酸鹽體系鎳磷合金電鍍層質(zhì)量不穩(wěn)定，溫度及電流稍有變化就容易引起鍍層發(fā)黑［8,9］。本工作采用電鍍方法，在亞磷酸鎳鹽體系中獲取了鎳磷合金鍍層;通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)選了可獲得耐蝕性好的鍍層的工藝參數(shù)，并探討了各參數(shù)對(duì)鍍層耐蝕性的影響。1?試驗(yàn)1基材前處理以純銅片為基材，尺寸10mmX10mmX1mm,用環(huán)氧樹(shù)脂封裝，留出施鍍的面積為1cm2。鍍前處理流程:基材磨光一水洗一除油一水洗一酸洗一水洗。用800號(hào)水砂紙打磨基材試樣至平整光滑后除油。除油60?100g/LNa2C03,5?10g/LNa3P04?12H20,5?15g/LNa2SiO3,1?3g/LOP-10乳化劑，溫度80?90°C，至將油除凈為止。酸洗10%H2SO4，室溫，1min。1.2電鍍Ni-P合金以亞磷酸體系作為電鍍液的基礎(chǔ)配方，其鍍液配方及工藝條件見(jiàn)表1。Mr-tf.^-7：;?-￡點(diǎn)-15IhP/r\Mr-tf.^-7：;?-￡點(diǎn)-15IhP/r\-rmhiI-iA圈29組試樣在久5%財(cái)口洛疲中的Nyquist諸和Bode譜圖1 9川試抨任3.5%論門(mén)浴液：|啲極化曲銭7' 3 4 5I"屜|FQ#mjom鍍液中亞磷酸含量對(duì)鍍層的組成有較大影響，鍍液溫度、電流大小對(duì)沉積速率和鍍層結(jié)構(gòu)也有比較大的影響。選取溫度，亞磷酸含量，電流密度為試驗(yàn)的3個(gè)因素，采用L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn)（見(jiàn)表2）。在做正交試驗(yàn)前，先準(zhǔn)備好9組樣品（每組3個(gè)平行樣品），每個(gè)電極電鍍面積為1cm2。表2正更試驗(yàn)的因素和水T我水平護(hù)：J../(.-VdmL)11032204j60305電鍍后水洗、吹干。1.3性能測(cè)試⑴使用AUY220型電子天平（精度0.1mg）稱(chēng)重，測(cè)定鍍層的沉積速率:p二I(Vx xSxt)式屮# ——沉積速度屮曲h用——鍍屋的質(zhì)勰沖P 鍍層的察隊(duì)M⑴莊S——鍍覆麗枳小『f——電鍍忖阿h根據(jù)沉積速率數(shù)據(jù)，通過(guò)控制沉積時(shí)間獲得近似相同厚度的樣品，供電化學(xué)測(cè)試試驗(yàn)使用。按GB/T5933—86測(cè)定結(jié)合力；利用加熱法和劃痕法試驗(yàn)評(píng)價(jià)電鍍鎳磷層與基體的結(jié)合力。鍍層的電化學(xué)測(cè)試在CHI604C綜合測(cè)試儀上進(jìn)行:采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，鍍件為工作電極;腐蝕介質(zhì)為3.5%NaCl溶液(用蒸餾水和分析純NaCl配制)。Tafel極化曲線(xiàn)測(cè)量時(shí)，掃描速度為0.5mV/s;交流阻抗測(cè)量時(shí)，頻率范圍:1.0X(10—2?102)kHz。用附帶能譜儀的HITACHI-S-3400N掃描電鏡對(duì)樣品的表面形貌和成分進(jìn)行分析。2?結(jié)果與討論1正交試驗(yàn)結(jié)果9組試樣的腐蝕電流密度及交流阻抗數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。就各因素對(duì)腐蝕電流的影響進(jìn)行極差分析，見(jiàn)表4。

試站z/(il?rmJ)1802L61922.201517031(Kt和4904il)072020(^^3)夠號(hào)Z/(iVcm-}59.966I942442077.3422S1H647421491..662SWIiE玄試洪劉i果的極蹤片析商恤電浹捋標(biāo)電浦密度7.()9HHIH.Hi心門(mén)7.326(H4.64Kt/3161巧im魅V：R216H)26由表4可知，各因素對(duì)腐蝕電流這一指標(biāo)的影響順序?yàn)閬喠姿岷俊惦娏髅芏取禍囟?，由極差分析得到最佳工藝條件：240g/L硫酸鎳，45g/L氯化鎳，30g/L硼酸，0.05?0.10g/L十二烷基硫酸鈉，30g/L亞磷酸，溫度40°C，電流密度5A/dm2。圖1為正交試驗(yàn)9組試樣在3.5%NaCl溶液中的極化曲線(xiàn)。圖2為正交試驗(yàn)9組試樣在3.5%NaCl溶液中的Nyquist譜和Bode譜，Bode譜測(cè)得的低頻部分的交流阻抗值也列在表3中，其數(shù)值越大，表明鍍層的耐蝕性較好，這和腐蝕電流評(píng)價(jià)耐蝕性有很好的一致性,即對(duì)應(yīng)樣品的腐蝕電流也較小。圖1 9川試抨任3.5%論門(mén)浴液?jiǎn)瑯O化曲銭圖1 9川試抨任3.5%論門(mén)浴液?jiǎn)瑯O化曲銭7' 3 4 ￡圈29組試樣在久5%財(cái)口洛疲中的附勺島t諸和Bode?31.tu-52.2鍍層的耐蝕性影響鍍層耐蝕性的主要因素是亞磷酸的含量，而鍍層中磷含量與亞磷酸有關(guān)，一般隨亞磷酸含量增加而提高［8］。試樣3,6,9亞磷酸的含量均為30g/L，其腐蝕電流均較低，并且陽(yáng)極極化曲線(xiàn)部分具有明顯的鈍化區(qū)間，且鈍化電流密度也較小。從圖2a也明顯看到:此3種試樣都具有較大的容抗弧;在Bode譜（圖2b）中，低頻下測(cè)量初期的交流阻抗值與鎳磷鍍層表面鈍化膜層的耐蝕性密切相關(guān)，與腐蝕電流密度的關(guān)系具有較好的一致性。試樣3的腐蝕電流密度最小，交流阻抗值最大，其耐蝕性也最好。而溫度和電流密度對(duì)耐蝕性影響較小，隨著溫度升高和電流密度減小，腐蝕電流略有提高。由圖2可發(fā)現(xiàn):不同亞磷酸含量所得鎳磷鍍層的電化學(xué)阻抗譜非常類(lèi)似，且溫度相同時(shí)，隨著亞磷酸含量的增加，鍍層電化學(xué)阻抗逐漸升高;試樣4,5,7,8低頻部分基本上都出現(xiàn)實(shí)部收縮現(xiàn)象，表明低頻部分有感抗成分，其原因是鎳磷合金為自鈍化金屬，表面為鈍化膜所覆蓋，當(dāng)溶液中存在引起局部破壞的活性Cl—時(shí)，發(fā)生孔蝕，當(dāng)孔蝕處于誘導(dǎo)期時(shí)，阻抗平面上的低頻區(qū)即出現(xiàn)了明顯的感抗。這種低頻的感抗弧隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸萎縮，當(dāng)真正的蝕孔出現(xiàn)時(shí)，感抗完全消失[6];試樣在3.5%NaCl溶液中的腐蝕過(guò)程在Nyquist譜上出現(xiàn)了明顯的容抗弧，表明該電極過(guò)程主要由電子轉(zhuǎn)移步驟控制，容抗弧的大小反映了反應(yīng)電阻的大小，這和腐蝕電流測(cè)試結(jié)果一致，也和低頻部分的Bode譜的阻抗測(cè)試結(jié)果一致。2.3鍍層的外觀及結(jié)合力劃痕法和熱震法測(cè)試結(jié)果，鍍層均不剝落，說(shuō)明鍍層與基體的結(jié)合力良好。2.4鍍層的形貌及組成最佳工藝獲得的鍍層表觀細(xì)致、光亮，其表面SEM形貌和能譜見(jiàn)圖3。帕件:I上諭口的息帕件:I上諭口的息也朋貌及gNI加｛川由圖3可見(jiàn)，鍍層呈現(xiàn)較為細(xì)致的胞狀結(jié)構(gòu)，沒(méi)有明顯的缺陷;鎳磷合金鍍層中P含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.81%,屬于高磷鍍層。Ni-P合金鍍層的耐蝕機(jī)理與表面磷化鈍化膜的生成和溶解有關(guān)［6］。3?結(jié)論