az91d镁合金直接化学镀镍工艺研究

az91d镁合金直接化学镀镍工艺研究

0有机镀层的制备尽管镁合金具有良好的特性，但它已广泛应用于汽车、航空、电子通信等领域。然而，由于其耐腐蚀性较低，其应用有限。目前,提高耐蚀性的方法主要有化学转化膜﹑阳极氧化﹑微弧氧化﹑有机涂层和特殊涂层以及化学镀镍镁合金等。其中化学镀因镀层厚度均匀,耐蚀性良好,应用较多。近年来,镁合金化学镀镍的研究主要集中在化学镀镍工艺﹑镀液成分﹑镀层性能及镀层与基体结合力等方面,主盐大多采用价格昂贵的碱式碳酸盐或乙酸镍,从而增加了镁合金化学镀镍的成本。本工作在传统化学镀镍工艺的基础上,以NiSO4·6H2O为主盐在镁合金上直接化学镀镍,得到了质量较好的镀层。与碱式碳酸盐为主盐的镀镍工艺相比,本工艺降低了化学镀镍成本。1测试1.1前处理工艺流程所用基材为AZ91D镁合金,尺寸为ϕ30mm×2mm,其化学成分见表1。将基材分别用400,600,800,1000号SiC水砂纸打磨,使其表面光滑、平整;前处理工艺流程如下:试样→机械打磨→超声波清洗→碱洗→酸洗→活化→化学镀镍→成品。各步骤后用去离子水清洗,清洗时速度要尽量快,因为镁合金化学性质很活泼,在空气中暴露时会与空气中的氧气发生反应而形成氧化膜,影响镀层的结合力。1.2u3000酸、碱分别表面活性剂为镀液配方:20g/LNiSO4·6H2O,20g/LNa3C6H5O7·2H2O,12mL/LHF(40%),10g/LNH4HF2,20g/LNaH2PO2·H2O,37mL/LNH3·H2O(25%),1mg/L硫脲;工艺条件为:pH值5.5~6.5,温度80~95℃,时间1.0~2.5h。施镀在YLE-1000型集热式恒温磁力搅拌器中进行,搅拌速度可控,温控精度±2℃;镀液酸碱度采用PHS-3C型pH计测量。1.3镀层的金相组织、表面及成分分布试样采用JCT-1106型超声波清洗机清洗。试样失重采用AEU-210型电子天平称量。分别使用OLYMPUS-GX51型金相显微镜、S3400N扫描电子显微镜观察镀层的金相组织、表面及断面形貌和镀层的成分分布。采用PW1700型X射线衍射仪分析镀层的物相构成。用MM6型显微硬度仪测试镀层的显微硬度。(1)超声波清洗机超声波清洗液为丙酮,室温下清洗10~20min;经过超声波清洗后基材表面较光亮,表面已无油脂、污垢,有利于镍的沉积。(2)po412h2o碱洗工艺为:50g/LNaOH,10g/LNa3PO4·12H2O,温度(65±2)℃,时间10~15min。经过碱洗后,镁合金基体的划痕清晰可见,基本上没有质量损失(见图1)。(3)温度和时间采用铬酸和硝酸混合液酸洗,工艺为125g/LCrO3,110mL/LHNO3(68%),温度20℃,时间40~120s,剧烈搅拌。经过酸洗后,镁合金表面形成了氧化物或氢氧化物膜,松散附着的冷加工污垢已经被彻底去除,基体上的划痕已不可见(见图2)。(4)lhf-温度采用较高浓度的氢氟酸(40%)活化,条件为:380mL/LHF(40%),温度20℃,时间5~20min,温和搅拌。经过活化后,镁合金表面形成银灰色片状物,能有效地耐镀液腐蚀,这样的表面状态完全可以保证化学镀镍顺利进行(见图3)。2结果与讨论2.1施镀时间及镀层厚度镁合金化学镀镍时间分别为1.0,1.5,2.0,2.5h;温度分别为80,85,90,95℃时镁合金化学镀镍后的表面形貌见图4。镀层为银灰色,在相同的镀液配比、相同施镀时间条件下,温度越高,施镀的效果越好;温度不变随着施镀时间越长,镀层的表面形貌也越好。图5为条件不变施镀2h不同温度下镀层的表面SEM形貌。图6是温度恒定,不同施镀时间下镀层的表面SEM形貌。综合图5和图6可知:在80~95℃施镀1.0~2.5h,镁合金化学镀镍都可顺利进行,镀层呈现典型的胞状形态特征,不存在明显的表面缺陷,且均匀、平整、致密、无明显孔洞,为非晶态Ni-P镀层;施镀时间相同时,施镀温度越高,镀层越致密、平整。其原因是高温有利于溶液中各离子的扩散,能在镁合金表面沉积的镍增加且较均匀;但温度在95℃以上时,镀液会产生严重的自分解,镀层分层不良,无法应用;当施镀温度低于70℃时,沉积速率缓慢,长时间内得不到符合要求的镀层厚度,因此,最佳的施镀温度应为90℃。镀液配比相同、施镀温度相同时,随施镀时间延长,镀层的厚度增加,镀层均匀性也逐渐增加,镀层变得致密平整,但镍离子的沉积速度随施镀时间的延长而减小,镀层增厚不明显,且镀液分解的危险性增加,所以,最佳施镀时间为2.0h。图7为镀层的断面形貌。由图7可以看出,在相同的工艺条件下,时间对镁合金化学镀镍的镀层厚度影响较大:镀镍1h得到的镀层较薄,且不均匀,最薄只有5.95μm,最厚也只有26.20μm;镀镍2h镀层最薄的可达到17.10μm,厚的可达到39.70μm,说明随着时间的延长镀层的厚度增加,镀层均匀性也逐渐增加;镀层与基体相交错呈锯齿状,增加了镀层与基体的结合力。这与胶带粘贴试验结果相符,镀层与基体的结合力好。2.2镍晶片的晶化图8为镁合金化学镀镍层的XRD谱。图9为其EDS谱。由图8、图9可以看出:衍射曲线在2θ约为44.5°处主峰出现漫散射的宽化,晶化特征不明显,第二及第三强峰基本没有,表明磷原子进入面心立方的镍晶格,镍晶格发生畸变,所以主峰出现宽化;第二、第三衍射峰不明显;同时也说明镀层是由非晶态的镍及部分微晶的镍组成,镀态的组织结构属于非晶态或非晶态与微晶的混合态。由图9可知:镁合金化学镀镍层的主要成分为Ni,P。其中Ni占92.53%,P占7.47%。2.3镀层的耐蚀性检测表明,在5%NaCl溶液中浸泡72h后镀层的腐蚀程度不同:高温长时间得到的镀层耐蚀性较好,基体缺陷处先腐蚀,且比较严重;如果基体缺陷较少,化学镀镍后镀镍层可以起到保护基体的作用。镀层的平均硬度为434.3HV,比镁合金基体提高约4倍。3镁合金镀层成