黑龙江工程学院材料与化学工程学院 黑龙江哈尔滨
摘要：镁合金具有很多优良的性能，在航空航天，电子工业，汽车等领域广泛使用，但其化学性质活泼，易腐蚀也限制了其进一步应用。本文以AZ91D镁合金为基体，对其表面进行了化学镀处理，并通过控制单因素实验，确定了最佳工艺条件为：硫酸镍：次亚磷酸钠=1:2、pH=7、温度65℃。在此工艺条件下，制得镀层致密，镀层与基体间的结合力良好，提高了镁合金的性能。
镁是工业用金属中最轻的材料，其具有较高的比强度、比刚度。近几年，我国镁工业取得了快速的发展，但镁合金极差的耐蚀性，阻碍了其进一步的开发应用[1-3]。在通过表面处理提高镁合金的性能中，化学镀技术由于对镀件没有形状的限制、工艺简单、加工成本相对较低，发展较快[4-5]。本文拟采用直接化学镀的方法，通过不同实验方案及不同工艺条件下的Ni-P化学镀实验，确定一种镀层致密，镀层与基体间的结合力良好的化学镀液配方及最佳制备工艺，以提高镁合金的性能。
１ 实验
1.1 基体材料
基体材料为 AZ91D镁合金，线切割成 10 mm ×10 mm × 5mm试样。用金相砂纸从 400#依次打磨至 1000#，丙酮清洗，自然风干后干燥待用。
1. 2 工艺流程
（1）首先将镁合金基体进行机械打磨，除去表面的氧化膜。（2）将打磨后的镁合金基体进行碱洗除油。（3）将碱洗后的镁合金进行酸洗，除去表面的氧化膜和其它的金属杂质。（4）将酸洗后的镁合金进行活化处理，进一步除去镁合金表面的氧化物和酸洗后的残留物，以改变镁合金表面的活性结构。（5）将活化好的镁合金放入镀液中进行施镀。（6）将施镀好的镁合金进行性能表征。
1.3 镀层的表征方法
1.3.1化学镀镀速的测定
采用下面公式计算镀层沉积速率[5]
式中: v 为沉积率，μm/h；m0、mt分别为Ni-P合金化学镀前后的质量，g ；ρ为镀层的平均密度，按7.8 g/cm3 计算；S 为镀层的面积，cm2 ；t为施镀时间，h。
1.3.2镀层结合力检测
采用锉刀试验来评价镀层的结合力。利用锉刀沿45°锉去非主要表面，露出金属基体与镀层的界面，观察镀层有无起皮现象。
2.实验结果与讨论
2.1主盐-还原剂比例对镀速的影响
本实验选择硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，进行研究。主盐-还原剂比例对镀速的影响如图1所示。从图中可以看出随着主盐-还原剂比例的下降，沉积速度出现了先增后降的情况。这是因为，随着还原剂的增加，离子碰撞速率增加，使镍离子在活化基体表面沉积成镍原子的动力增加，从而增加了镀速，由于存在着化学的平衡，随着主盐-还原剂比例的增加，还原剂浓度增加，由于还原剂的扩散作用增加，导致镀速减缓，甚至镀液的分解，并不能使镀速无限的增加。根据大量实验，得出主盐-还原剂的最佳比例为1︰1.2。
图1 主盐-还原剂比例对镀速的影响
2.2 工艺条件对镁合金化学镀层的影响
1. pH值对化学镀的影响
pH对镀层外观、孔隙率和镀层结合力的影响如表1所示。从中可以看出随着pH值的逐渐增加，镀层的外观出现了由较灰再到平整、光亮、腐蚀的过程。镀层的孔隙率出现了由大变小再稍微增大的过程，镀层的结合力也在pH值在7附近时达到最佳。
表1 pH值对镀层质量的影响
2.温度对化学镀的影响
温度对对镀层外观、孔隙率和镀层结合力的影响如表2所示。温度是化学镀镍的重要影响因素，随着温度的增加，化学镀的外观出现了腐蚀、平整、起泡的过程。镀层的孔隙率出现了由发生了腐蚀时达到最大，之后逐渐减小，当温度再升高镀层的孔隙率又发生了增大的现象。温度控制在65℃左右能获得较好的镀层。
表2 温度对镀层质量的影响
综上所述，镁合金最佳的工艺条件为：硫酸镍和次亚磷酸钠的最佳配比是1:2、pH=7、温度65℃。
参考文献：
[1] SONG G L, SHI Z M. Corrosion mechanism and evaluation of anodized magnesium alloys [J]. Corrosion Science, 2014, 85(4): 126-140.
[2] Lei X P, Yu G, Gao X L, et al. A Study of Chromium-free Pickling Process before Electroless Ni-P Plating on Magnesium Alloys [J]. Surface and Coatings Technology. 2011, 205(16): 4058-4063.
[3]霍宏伟, 李瑛.镁合金的腐蚀与防护[J].材料导报, 2001, 15(7): 25-27.
[4]王娟, 丁毅, 尹明勇, 等. 镁合金化学镀镍前植酸活化工艺[J]. 电镀与涂饰, 2012, 31 (8): 25-28.
[5] 王晓民, 辛士刚,王 莹,等. 镁合金硫酸镍体系化学镀镍工艺及镀层性能研究[J].材料保护,2007,40（2）:4-6.
论文作者:王文静,王作凯,许天月,丁大林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/9/30
标签：镀层论文; 镁合金论文; 还原剂论文; 基体论文; 工艺论文; 孔隙论文; 磷酸钠论文; 《防护工程》2018年第16期论文;