镁锂合金化学镀镍工艺

化 学 镀 镍 的 具 体 步 骤 包 括 胶 态 钯 活 化 、还 原 和 化学镀镍。其中， 胶态钯活化的目的是， 在镀件表面 形成具有双电层结构的胶态钯胶团， 胶团以［ Ｐｄ０］ ｍ 为胶核， 在镀件表面首先吸附 Ｓｎ２＋， 被吸附的 Ｓｎ２＋ 再 吸 附 Ｃｌ－ ， 形 成｛ｎＳｎ２＋·２（ｎ－ ｘ）Ｃｌ－｝吸 附 层 ， 在 吸 附 层 外 又形成 ２ｘＣｌ－ 扩散层， 从而在化学镀镍时产生催化 结晶中心［ １４］ ， 更有利于镀镍层的形成。还原处理的 目的是除去镀件表面上残存活化液， 防止带入化学 镀液中， 引起溶液的提前分解， 同时还可以提高表 面催化活性， 加快化学镀沉积速度。
第 ２８ 卷 第 ３ 期 ２００８ 年 ６ 月
中国腐蚀与防护学报
Ｊ ｏｕｒ ｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｃｏｒ ｒ ｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒ ｏｔｅｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ ． ２８ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ． ２００８
镁锂合金化学镀镍工艺
杨黎晖 李峻青 姜巍巍 赵雪松 张密林
（ １． 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院 哈尔滨 １５０００１）
的表面防护
试样尺寸为 ２０ ｍｍ×３０ ｍｍ×３ ｍｍ。用水磨砂纸 将镁锂合金试样逐级打磨至 １５００＃， 蒸馏水清洗， 冷 风 吹 干 ， 置 于 丙 酮 溶 液 中 超 声 清 洗 ， 在 ５０ ｇ／Ｌ ＮａＯＨ ＋ １０ ｇ／Ｌ Ｎａ３ＰＯ４·１２Ｈ２Ｏ 混 合 液 中 碱 洗 除 油 ８ ｍｉｎ～１０ ｍｉｎ， 混 合液温度 为 衍射（ ＸＲＤ） 分析镁锂合金基体和化 学镀镍层的微观结构。用扫描电镜（ ＳＥＭ） 观察膜层 表 面 及 断 面 的 显 微 组 织 。 用 显 微 硬 度 计（ ＨＸＳ－ １０００Ｚ） 测 试 镀 层 的 显 微 硬 度 ， 施 加 载 荷 为 １００ ｇ， 加 载 时 间 为 ３０ ｓ， 取 ５ 次 测 试 的 平 均 值 。 根 据 ＧＢ５２７０［ １５］ ， 采 用 热 震 实 验 对 化 学 镀 试 样 进 行 镀 层 附着强度实验。将试样置炉中， 炉温加热至 ２００ ℃
在 ３．５％ ＮａＣｌ 溶液中浸泡 ４８ ｈ 后有少数腐蚀斑点出现， 表明镀层具有良好的耐蚀性能， 对镁锂合金提供一定的保
护作用。
关键词： 镁锂合金 耐腐蚀性能 化学镀镍
中图分类号： ＴＧ１７４．４
文献标识码： Ａ
文章编号：１００５－ ４５３７ （ ２００８） ０３－ ０１７７－ ０４
１ 前言
近年来， 镁合金以其优异的性能被称为 ２１ 世 纪最有发展潜力的绿色材料， 广泛应用于汽车制 造 、航 空 航 天 、电 子 通 讯 等 众 多 领 域［ ， １， ２］ 而 其 中 镁 锂合金是迄今为止所研究的镁合金中最轻的金属 结构材料， 它不仅具备镁合金的各种优势， 而且密 度小和抗高能粒子穿透能力强， 能很好的满足现代 社会对轻质材料的需求， 在航空航天和通讯领域将 具有更广阔的应用前景［ ３￣６］ 。但镁合金化学活性高， 耐腐蚀性差的特点在很大程度上限制了其应用， 因 而镁合金的腐蚀与防护成为国内外的研究热点。目 前， 关于镁合金的防护措施有很多， 主要有化学转 化、电镀与化 学镀、阳极 氧化、激光表 面 合 金 改 性 、 气相沉积和溶胶—凝胶涂层等［ ７￣１２］ 。但对这些防护 方法的研究多集中在镁铝系镁合金上， 国内仅有韩 玉昌等［ １３］ 对 Ｍｇ－ １３Ｌｉ－ ５Ｚｎ 合 金 化 学 镀 镍 进 行 了 研 究。目前国内外的研究重点， 是以镁锂合金的制备 为主。本文旨在将相关的镁合金表面防护工艺应用 于镁锂合金表面的防腐处理， 采用化学镀镍法对镁 锂合金表面进行防腐处理， 找到一种防腐效果好、 对 环 境 友 善 、对 合 金 构 件 有 较 均 匀 的 抗 蚀 能 力 的 处 理方法。
２ 实验方法
实验材料为自制镁锂合金， 其化学成分 （ ｍａｓｓ％） 为 ： Ｌｉ ８， Ａｌ ２， Ｚｎ ３， Ｒｅ ０．７， 余 量 为 Ｍｇ，
定稿日期： ２００７－ ０３－ ２０ 基金项目： 哈尔滨工程大学人才基金项目（ ０５０４７） 作 者 简 介 ： 杨 黎 晖 ， １９８２ 年 生 ， 女 ， 博 士 生 ， 研 究 方 向 为 镁 合 金
从镁锂合金化学镀镍层的表面（ 图 ２ａ） 及截面 （ 图 ２ｂ） 显微组织照片可见， 镀层已 完全覆盖合 金 基体， 有变形胞状突起， 但很致密， 无明显的表面 缺陷。由化学镀镍层的能谱分析（ 图 ３） 可知， 镀层 主要含有 Ｎｉ、Ｐ 元素， 其中 Ｎｉ 含量为 ９４．３９ ｍａｓｓ％， Ｐ 含量为 ５．６１ ｍａｓｓ％， 属于低 Ｐ 化学镀层。镀层厚 度 约 为 １０ μｍ， 镀 层 与 基 体 结 合 良 好 、致 密 ， 自 表 面到基体无孔洞或其它缺陷。 ３．２ 镀层性能
［ ２］ Ｓｏｎｇ Ｇ， Ａｍａｎｄａ Ｌ Ｂ， Ｄａｖｉｄ Ｈ Ｓ． Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ａｇｅｄ ｄｉｅ ｃａｓｔ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ＡＺ９１Ｄ ［ Ｊ］ ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． Ｅｎｇ．， ２００４， Ａ３３６ （１）：７４－ ８６
［ ３］ Ｎｉｎｇ Ｘ Ｌ． Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｅｓｔ ｍｅｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ－ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ－ ｌｉｔｈｉ－ ｕｍ ［ Ｊ］ ． Ｒａｒｅ Ｍｅｔ． Ｌｅｔｔ．， ２００２， １０： １７－ １８ （ 宁兴龙．最轻的金属结构材料—镁锂合金［ Ｊ］ ． 稀有金属快报，
摘要： 对镁锂合金化学镀镍进行了研究， 确定了合适的前处理工艺。使用扫描电镜和 Ｘ 射线衍射技术分析镀层的
表面形貌和化学组成， 并采用电化学及硬度测试等手段分析镀 层 性 能 。 结 果 表 明 ： 化 学 镀 Ｎｉ－ Ｐ 镀 层 致 密 、 无 明
显缺陷， 其 Ｐ 含量约为 ５．６１ ｍａｓｓ％。化学镀 Ｎｉ－ Ｐ 镀层的显 微 硬 度 值 约 为 ３５０．５ ＨＶ， 其 自 腐 蚀 电 位 约 为 － １．３０ Ｖ。
施镀前基体的表面硬度为 ６８．０ ＨＶ， 施镀后镀 层的表面硬度可达到 ３５０．５ ＨＶ。由此可见通 过化 学镀镍工艺， 可以提高镁锂合金基体表面的硬度。
热震实验中 ， 试样表面覆 盖 层 未 出 现 起 泡 、片 状 剥 落等与基体分离的现象， 说明镀层的结合力良好。
由动电位极化曲线（ 图 ４） 可以看出， 化学镀镍
３ 结果与讨论
３．１ 组织和成分分析 图 １ 为 镁 锂 合 金 基 体 和 化 学 镀 镍 层 的 ＸＲＤ
谱。可见， 镁锂合金的相成分主要为 α 相（ Ｌｉ 在 Ｍｇ 中固溶） 和 β 相（ Ｍｇ 在 Ｌｉ 中固溶） ； 化学镀镍后， 由于 Ｐ 原子进 入面心立方 的 Ｎｉ 晶格， Ｎｉ 的 主峰 出 现明显的宽化， 表明镀层为晶态与非晶态的混合 物。
胶 态 钯 活 化 配 方 为 ０．３ ｇ／Ｌ ＰｄＣｌ２， １５ ｇ／Ｌ ＳｎＣｌ２， １０ ｍｌ／Ｌ ＨＣｌ， １８０ ｇ／Ｌ ＮａＣｌ， 室 温 浸 渍 震 荡 约 １０ ｓ。还原配方为 ２０ ｇ／Ｌ ＮａＨ２ＰＯ２·Ｈ２Ｏ， 室温浸 渍 ３０ ｓ ￣６０ ｓ。 化 学 镀 镍 溶 液 配 方 及 工 艺 参 数 如 下： ２０ ｇ／Ｌ Ｎｉ （ＣＨ３ＣＯＯ）２·４Ｈ２Ｏ， ３０ ｇ／Ｌ ＮａＨ２ＰＯ２· Ｈ２Ｏ， １５ ｇ／Ｌ ＮＨ４ＨＦ２， １０ ｇ／Ｌ Ｃ６Ｈ８Ｏ７·Ｈ２Ｏ， 少 量 稳 定剂和表面活性剂， ｐＨ 值为 ５．５￣６．５ （ 氨水调节） ， 温度 ８０ ℃±５ ℃， 施镀时间 ４０ ｍｉｎ￣６０ ｍｉｎ。
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±１０ ℃， 保温 １ ｈ， 然后迅速将试 样放入室温 的水 中骤冷， 反复进行 １０ 次。
用德国 Ｚａｈｎｅｒ 电化学工作站（ＩＭ６ｅ）测量镀层的 自腐蚀电位， 腐蚀介质为 ３．５％ ＮａＣ１ 溶液， 测试温 度为室温， 采用标准三电极系统。参比电极为饱和 甘汞电极（ＳＣＥ）， 辅助电极为铂片， 工作 电极为待测 试样。试样留出 １ ｃｍ２ 的工作面， 其它表面以环氧 树脂固封。先测试电位—时间（ Ｅ－ ｔ） 曲线， 待体系 稳定后测试动电位极化曲线， 扫描 范围 － ２．２ Ｖ ￣ － ０．８ Ｖ（ 相对自腐蚀电位） ， 扫描速度 １０ ｍＶ／ｓ。利 用全浸法将试样浸泡于 ３．５％ ＮａＣｌ 溶液中， 观察镀 镍前后的腐蚀形貌。
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后镁锂合金的腐蚀电位有所提高， 腐蚀电流也比未 处理的镁锂合金小得多， 耐腐蚀性能明显提高．
利 用 全 浸 法 将 试 样 浸 泡 于 ３．５％ＮａＣｌ 溶 液 中 ， 观察镀镍前后的镁锂合金的腐蚀现象。浸泡初期， 未处理试样表面就开始出现腐蚀斑点， 而化学镀镍 后的试样， 没有明显的腐蚀现象； ４８ｈ 后未经处理的 镁锂合金试样（ 图 ５ａ） 已 出现严重的 腐蚀现象， 镀 镍试样（ 图 ５ｂ） 在边角处也开始出现少数腐蚀斑点 随后， 镀镍试样的腐蚀速度变快， 这是由于基体与 镀层之间存在电位差， 当镀层出现缺陷后， 产生电 偶腐蚀从而使腐蚀速度加快。可见没有缺陷的化学 镀镍层能为合金提供保护作用， 而一旦出现蚀孔就 会加速腐蚀。
４ 结论
（ １） 镁锂合金表面进行化学镀镍层较致密， 无 明显缺陷。
（ ２） 镀镍层与基体结合力良好， 且硬度有很大 的提高。
（ ３） 进行化学镀镍处理后， 合金耐蚀性能得到 增强， 但单层化学镀镍层仍不能独自承担镁锂合金 的保护功能， 还必需辅以其他手段。
参考文献
［ １］ Ｙｕ Ｇ， Ｌｉ ｕ Ｙ Ｌ， Ｌｉ Ｙ， ｅｔ ａｌ． Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅ－ ｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ［ Ｊ］ ． Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ． Ｍｅｔ．， ２００２， １２ （ ６） ： １０８７－ １０９８ （ 余 刚 ， 刘 跃 龙 ， 李 瑛 等． Ｍｇ 合 金 的 腐 蚀 与 防 护 ［ Ｊ］ ．中 国 有 色 金 属学报， ２００２， １２（６）： １０８７－ １０９８）