Mg-xZn-yAl基合金化學(xué)鍍Ni-P的鍍層特征及工藝研究

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1、摘要摘要鎂及其合金以豐富的儲(chǔ)量和良好的性能而越來越受到人們的重視,隨著技術(shù)的進(jìn)步,鎂合金材料生產(chǎn)成本的降低,鎂合金結(jié)構(gòu)件成型工藝的改進(jìn)和材料質(zhì)量的提高,特別是人們對(duì)節(jié)約資源和減少污染問題的日益關(guān)注,鎂合金所具有的“可持續(xù)發(fā)展性強(qiáng)”的特點(diǎn)使其在同其它輕質(zhì)材料的競(jìng)爭(zhēng)中已取得明顯優(yōu)勢(shì),成為一種十分理想的現(xiàn)代工業(yè)材料,從而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、家用電器等領(lǐng)域。但是由于鎂的化學(xué)性質(zhì)十分活潑,標(biāo)準(zhǔn)電極電位比較低(一2.36VSCE),其耐腐蝕性能較差;雖然表面存在氧化膜,但結(jié)構(gòu)不夠致密,起不了太大的保護(hù)作用,不能適應(yīng)大多數(shù)的使用環(huán)境,在潮濕氛圍、海水、大多

2、數(shù)有機(jī)酸、無機(jī)酸等環(huán)境中都會(huì)受到強(qiáng)烈的腐蝕而產(chǎn)生破壞:并且當(dāng)鎂合金中的第--N、雜質(zhì)元素等成分能與鎂基體構(gòu)成電偶對(duì)時(shí),腐蝕情況更加嚴(yán)重。因此如何提高鎂合金的防腐蝕性能也顯得越來越重要。化學(xué)鍍Ni—P合金是解決鎂合金耐蝕性的一個(gè)重要方法,它不但可使基體材料獲得良好的耐蝕性和耐磨性,同時(shí)還有可操作性強(qiáng)、方法簡(jiǎn)單、鍍層厚度均勻、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本文就研究了用鎂合金中常用的Mg—xZn—ykl基合金作為基體時(shí),成分和組織在化學(xué)鍍過程中的作用,以及化學(xué)鍍工藝參數(shù)對(duì)big—BZn一4A1合金的影響和其化學(xué)鍍層的組織性能特征。本文采用正交試驗(yàn)、金相觀察、x射線衍

3、射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜(EDS)、顯微硬度以及鹽霧試驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)試手段研究了Mg—xZn—yAl基合金的成分和組織在化學(xué)鍍過程中的作用,以及化學(xué)鍍工藝參數(shù)對(duì)}ag一8Zn一4A1合金化學(xué)鍍的影響和化學(xué)鍍層的組織性能特征。在化學(xué)鍍過程中,鍍液組分繁多,施鍍參數(shù)復(fù)雜,其中主鹽、還原劑、絡(luò)合劑、溫度祁PH值對(duì)化學(xué)鍍過程的影響較為重要,而這種影響主要體現(xiàn)在鍍液的穩(wěn)定性和鍍層沉積速度上。通過在Mg-8Zn一4A1合金基體上試驗(yàn)表明(1)主鹽和還原劑是化學(xué)鍍液中的主要成分,它們的濃度影響著化學(xué)鍍的鍍速和穩(wěn)定性,試驗(yàn)表明最佳Ni2+濃度范圍

4、為10—189/L,Ni2+與(H。P02)一的最佳濃度比為0.3-0.5,(2)絡(luò)合劑是化學(xué)鍍液中的重要影響因素,絡(luò)合劑要根據(jù)它的穩(wěn)定常數(shù)進(jìn)行選擇,單一絡(luò)合劑的作用難以達(dá)到預(yù)期的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,雙絡(luò)合劑體系兼有穩(wěn)定性好和鍍速高兩種優(yōu)勢(shì)。乳酸~檸檬酸體系的最佳用量范圍為:乳酸:13—16mL/L,.T.摘要檸檬酸:4.5—5.59/L。(3)化學(xué)鍍液的PH值高,容易析出NiHP03沉淀,鍍液穩(wěn)定性差;PH值過低,鍍速緩慢,化學(xué)鍍過程難阱進(jìn)行。試驗(yàn)表明,鍍液的PH值在5.5-6.5之間,鍍液的施鍍效果較好,鍍速和穩(wěn)定性都能夠得到保證。(4)化學(xué)鍍過程

5、的進(jìn)行需要有一定的啟鍍溫度,溫度過低,鍍速緩慢,施鍍效率低下;溫度過高,鍍液處在熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài),很容易造成分解,造成鍍液失效,鍍層也容易出現(xiàn)氣孔、應(yīng)力等缺陷,鍍層質(zhì)量變差。試驗(yàn)結(jié)果表明,化學(xué)鍍液最佳溫度范圍應(yīng)該穩(wěn)定控制在90±5"C。通過對(duì)Mg~xZn—yAl基合金進(jìn)行施鍍后發(fā)現(xiàn),基體的成分和組織影響著化學(xué)鍍過程中鎳離子的初始沉積。由于基體中合金元素的電極電位不同,含合金元素多的相決定了鎳離子最先開始沉積的位置。Mg一8Zn一4A1合金中由于zn和A1元素含量較高,相的組成和分布復(fù)雜,使得化學(xué)鍍過程中鎳離子較為容易產(chǎn)生沉積,施鍍速度快;AZ91和AZ

6、31速度相對(duì)較慢{經(jīng)過固溶的基體由于相的析出不明顯,鎳離子的初始沉積變得較為困難。在同樣的條件下,不管是何種鎂合金基體,得到的鍍層組織性能是相近的,通過在Mg一8Zn一4M基體上施鍍后的鍍層分析表明:(1)鎳離子和磷離子沿著基體表面的活性中心進(jìn)行初始沉積,然后以胞狀形式進(jìn)行生長(zhǎng),并向周圍擴(kuò)展,胞狀顆粒的形態(tài)影響著鍍層的表面質(zhì)量。(2)鍍層中磷的含量影響著鍍層的結(jié)構(gòu),在選用的配方中旌鍍后,鍍層中磷含量約為12%,鍍層為明顯的非晶結(jié)構(gòu)。(3)化學(xué)鍍層與基體結(jié)合良好,銼刀試驗(yàn)和熱震試驗(yàn)無明顯的脫落,但在鎳層沉積過程中,活化產(chǎn)物殘留在基體與鍍層的交界處,形成了

7、一薄層結(jié)合較弱的部位。鹽霧試驗(yàn)表明鍍層的耐腐蝕性明顯高于基體,有助于改善基體的防護(hù)性能,而鍍層中的孑L隙是造成鍍層被腐蝕破壞的重要原因,鍍前的預(yù)鍍、鍍中的封孔以及鍍后的鈍化都可以消除不良影響,改善鍍層質(zhì)量。(4)施鍍后的鍍層顯微硬度為HV434.6,顯著高于基體HV84.48,鍍層的硬度隨著鍍層熱處理溫度的升高而增加,最高可以達(dá)到HVl000以上;鍍層結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化,在300。C以后鍍層已出現(xiàn)明顯的晶化,4006C以后由于鍍層中Ni,P相的長(zhǎng)大而使鍍層的顯微硬度有所降低。關(guān)鍵詞:化學(xué)鍍Ni—P,Mg-xZn-yAl合金,沉積速度,鍍層結(jié)構(gòu)The

8、platingfeatureandthetechniquestudyofelectroless

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