钨铜合金表面化学镀Ni_P镀层性能研究_朱厚菲
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11 武汉大学 资源与环境科学学院环境工程系, 武汉 430079; 21 安徽工贸 职业技术学院, 淮南 232001; 31 浙江省环境保护科学设计研究院 环境监理中心, 杭州 310007; 41 金属腐蚀与防护国家重点实验室, 沈阳 110016
摘要: 从钨铜合金表面化学镀 N -i P 镀层的表面形貌及成分, 镀层 结构, 外 观, 结 合力, 硬 度, 耐 磨性, 孔 隙率, 纤焊性 等方面进行了检测和表征. 结果表明, 化学 镀 N -i P合 金层磷含量为 111 37% , 属 于高磷镀层 , 主要 为非晶型结 构, 在 钨铜合金表面化学镀 N -i P合金可 以大大提高钨铜合金的硬度和 耐磨性, 且 N -i P 合 金镀层 与钨铜合 金基体 结合强 度好, 孔隙率低, 纤焊性好. 关键词: 钨铜合金; 化学镀; N -i P 合金; 镀层性能 中图分类号: TQ174. 44 文献标识码: A 文章编号: 1002-6495( 2009) 03-0347-03
第 21卷 第 3期 2009年 5月
腐蚀科学与防护技术
CORROSION SC IENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY
V o.l 21 N o. 3 M ay. 2009
钨铜合金表面化学镀 N i-P镀层性能研究
朱厚菲 1, 黄文全 2, 杨超 3, 郝龙 1, 甘复兴1, 4*
参照 ISO 4527, 61 1标准, 通过肉眼 和 10倍 放大镜 观察, 发现镀层均匀, 无漏 镀的现 象, 表 面无 花斑、麻点、起 泡等现 象, 外观光亮平整. 214 镀层结合力
参照 G B5270-85 标准, 采用两 种方法 评定: 一是 标准热 循环测试, 即将 样品 在 300e 保 温 1 小时, 立 即投 入室 温冷 水中, 反复五次后用 10倍放大镜观察镀层是否有剥落、起泡 等现象. 二是划 痕试验: 用 小刀在 样品 表面 做纵 横各 五道 1 mm 的划 痕, 划痕一 刀完 成, 深及基 体, 用 10倍放 大镜 观察 划痕交错处是否剥落.
Abstract: T he surface m orpho logy and com posit ion, m icrostructure, appearance, adhesion, hardness, ant-i abration ability, porosity ratio, solder ability and corrosion resistance of electro less N -i P alloy p lating on W-Cu alloy w ere investigated. T he result indica tes that the N -i P a lloy coating be longs to h igh phosphorus coating w ith P content 11137 w .t % and it is am orphous in nature, and the ant-i abrasion ability and hardness ofW-Cu a lloy w as greatly im proved by electro lessN -i P a lloy p lating. M eanwh ile, the N -i P alloy coa-t ing has a qualified adhesion w ithW-Cu alloy substrate w ith low er porosity ra tio and good so lderab ility and the deposit can offer fairly good protection to W-Cu alloy substrate in 315 w .t % N aC l so lut ion, art ific ia l sw eat so lution and 10% H 2SO4 so lution. K eyw ord s: W-Cu alloy; electro less p lating; N -i P alloy; coating property
3 48
腐蚀科 学与防护技术
第 21卷
L, N a3 PO4.
2 结果与讨论
21 1镀层厚度 、形貌及成份 镀层厚度采用千分尺测量 基材施镀前后的尺寸差得到,
施镀 2小时后测得镀层厚度在 25~ 30 Lm 之间, 此厚度可以 满足化学镀 N -i P 合金在 航空 航天、汽车、化 工、石油 和天 然 气、食品加工、采矿和军事等诸 多工业中的应用要求 [ 4] . 镀层 形貌和成分用采用 X-650 型扫描 电子 显微镜 及其 能谱进 行 检测. 图 1为化学镀前后的 基材表 面的扫 描电 镜照 片, 放 大 倍数为 3000倍. 从图 中可来自百度文库以看到, 施 镀前基 材表 面图 1 ( a ) 粗糙多孔, 施镀后基材表面图 1( b) 化学镀 N -i P 层呈典 型的 圆球堆积型, 晶粒间排列紧密, 大小较为一致, 同时可以 看到 镀层上有个别凹面颜色较暗, 这是由于高钨钨铜合金属 于粉 末冶金材料, 基材表面不 可避免 的存在 一些较 深的 孔洞, 单 纯使 用化学 镀 N -i P 的 方法难 以将其 填平, 但孔洞 中有镀 层 存在, 可在空隙率实验和耐蚀性实验中得到证明, 因此, 此孔 洞的存在并不影响镀层对基材 的保护作用. 通过电子探 针检 测, 化学镀 N -i P 合金质量组成 为: N i 88163% ; P 111 37% , 可 知该镀层属于高磷镀 层. 21 2镀层结构
化学镀镍磷工艺流程: 80e 热碱液除油 y 清洗 y 60e 热 乙醇洗 y 清 洗 y 酸 洗活 化 y 清洗 y 化学 镀 N -i Py 清 洗 y 50e 热重铬酸钾液钝化 y 200e 高温脱氢 1 h.
清洗过程用自来水和二次蒸馏水依次冲洗. 除油热碱液 采用标准配方, 成分为: 20 g /L, N aOH; 30 g /L, N aH CO 3; 20 g /
PER FORM ANCE OF ELECTROLESS N i-P COATI NG ON W-Cu ALLOY
ZHU H ou- fe i1, HUANG W en-quan2, YAN G Chao3, HAO L ong1, GAN Fu-x ing1, 4*
11School of Resource and Environm ental Science, W uhan Un iver sity, W uhan 430079; 21A nhu i V ocational& T echnical Co llege of Industry & T rade, H uainan 232001;
收稿日期: 2007-03-12初稿; 2008-03-14修改稿 作者简介: 朱厚菲 ( 1985- ), 女, 硕 士研究 生. 研究 方向 为腐蚀 与环
境电化学. * T e:l 027 - 68775799 E-m ai:l fxgan@ w hu. edu. cn
材和保持良好钎焊性也需要实验来证明. 本研究成功地在钨 铜合金表 面实现 了化学 镀 N -i P 合 金, 并从镀 层的表 面形貌 及成分, 镀层结构, 外观, 结合力, 硬度, 耐磨 性, 孔隙率, 纤焊 性等方面进行了检测和表征.
钨铜合金的硬度 (HV ) 一般在 200~ 300之间 , 耐磨 性一 般, 在运输中难以避免其 表面因 为碰撞 而留下 划痕 等创伤. 同时因为钨铜合金 中铜的 存在, 该材料 耐酸、盐腐 蚀的能 力 并不好. 钨铜合金应用于 电子封 装材料, 通常 要在 其表面 进 行焊接等工艺. 钨铜合金 材料由 于组成 成分原 因, 钎焊性 较 差 [ 1, 2]. 综合这些因素, 需要在 钨铜合 金表面 进行处 理. 化学 镀 N -i P合金 具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、抗剪切性 和较高 的机械强度 [ 3]. 如能在钨铜合金表面实施化 学镀 N -i P 合金, 有可能能够同时满足保护基材 并保持良好钎焊性的要求. 但 毕竟钨铜粉末合金和 常见的基材金属 (如铁 合金材 料等 ) 的 热力学性质和表面状态存在很 大差异, 能否在该基材上 成功 实施 化学镀 N -i P 合金 还需要 研究和 探索, 同时能 否保护 基
Fig. 1 SEM m icrog raphs o fW-Cu and N -i P deposit
F ig. 2 XRD patte rn of N -i P deposit
热处理, 化 学 镀 层 的 硬 度 达 到 97817 M Pa, 接 近 电 镀 硬 铬 ( 1000~ 1100 M P a).
31D epartmen t of Environm ent Supervision, Zhejiang P rovincecs Environm ental Pro tection Science D esign and Research Institu te,H angzhou 310007;
41S ta teK ey Laboratory for C orro sion and P rotection, Sheny ang 110016
化学镀层 经过 400e 热处理 1 h后 硬度值有了 较大的提 高, 原因在于: 化学镀层 在镀态时属于典型的 非晶态结 构, 受 热 ( 200e 以上 )后, 镀层经历 非晶态 y 亚稳 态 y 稳定 的晶态 的转变. 镀层在 400e 左右 完全 晶化, 转 变 为镍 磷 固溶 体和 N ,i P 相, 沉 淀相 N ,i P 的形 成过程和弥 散是镍磷合 金热处理 后硬度升高的 主要原因之一. 21 6镀层 耐磨性
X 射线衍 射 分 析 采用 L ab-XRD-6000X 型 X 射 线 衍 射 仪, 电压 40 kV, 电流 50 mA, 扫描速度为 4b /m in. 图 2是镀层 的 XRD 图谱, 可以看出 XRD 曲线有一个馒 头形的衍射 峰和
一些小的尖峰, 这说 明镀层 主要为非 晶态结 构, 其中 可能存 在着一些微晶结构. 非晶态 结构因没 有晶界、位 错等 而具有 优异的耐腐蚀性 能. 图 2中尖 锐衍 射峰 是由于 N -i P 镀 层在 200e 下保温 1小时脱氢的 过程 中, 发生了 从非 晶相 向热力 学稳定的 N i3 P相转 变. 213 镀层外观
采用 ISO 4527, 619规定的试 验方法, 对镀 层的耐 磨性进 行测定. 试验仪器为 T aber磨损试验机, 东京试验机制作所产 品. 加载 1000克 ( 9800牛顿 ) ; 磨轮 CS-17; 转速 为 01 3m /m in.
1 实验方法
实验采用钨铜合金作为基材, 其 质量组成为 ( m ass% ): 88 W, 12 Cu. 试片规格为 41120 cm @ 11015 cm @ 01195 cm. 化学镀 N -i P 合金工 艺条件: 28 g /L N iSO4# 6 H2O, 30 g /L N aH2 PO4# H2O, 15 g /L 配位体, 115 mg /L稳定剂, 少量表面活性剂; 温度为 ( 88 ? 2) e , pH 值为 418, 施镀时间 2 h.
经过标准热循环实验 的镀层 无剥 离、裂 纹和 起泡现 象. 划痕实验中镀层划痕交错处无脱皮和剥落. 这表明得到的镀 层与基材的结合强度好. 215 镀层显微硬度
在化学镀层上随机找出 5点, 测量 其硬 度, 并计 算其算 术平均值. 表 1为化学镀层 在镀态 和经 400e 热处 理 1小时 后的硬度值. 可以 看 到化 学 镀 层在 镀 态时 硬 度 值达 7221 4 M P a, 大于钨铜合金的硬度. 若将化学镀层经过 400e 以上的
摘要: 从钨铜合金表面化学镀 N -i P 镀层的表面形貌及成分, 镀层 结构, 外 观, 结 合力, 硬 度, 耐 磨性, 孔 隙率, 纤焊性 等方面进行了检测和表征. 结果表明, 化学 镀 N -i P合 金层磷含量为 111 37% , 属 于高磷镀层 , 主要 为非晶型结 构, 在 钨铜合金表面化学镀 N -i P合金可 以大大提高钨铜合金的硬度和 耐磨性, 且 N -i P 合 金镀层 与钨铜合 金基体 结合强 度好, 孔隙率低, 纤焊性好. 关键词: 钨铜合金; 化学镀; N -i P 合金; 镀层性能 中图分类号: TQ174. 44 文献标识码: A 文章编号: 1002-6495( 2009) 03-0347-03
第 21卷 第 3期 2009年 5月
腐蚀科学与防护技术
CORROSION SC IENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY
V o.l 21 N o. 3 M ay. 2009
钨铜合金表面化学镀 N i-P镀层性能研究
朱厚菲 1, 黄文全 2, 杨超 3, 郝龙 1, 甘复兴1, 4*
参照 ISO 4527, 61 1标准, 通过肉眼 和 10倍 放大镜 观察, 发现镀层均匀, 无漏 镀的现 象, 表 面无 花斑、麻点、起 泡等现 象, 外观光亮平整. 214 镀层结合力
参照 G B5270-85 标准, 采用两 种方法 评定: 一是 标准热 循环测试, 即将 样品 在 300e 保 温 1 小时, 立 即投 入室 温冷 水中, 反复五次后用 10倍放大镜观察镀层是否有剥落、起泡 等现象. 二是划 痕试验: 用 小刀在 样品 表面 做纵 横各 五道 1 mm 的划 痕, 划痕一 刀完 成, 深及基 体, 用 10倍放 大镜 观察 划痕交错处是否剥落.
Abstract: T he surface m orpho logy and com posit ion, m icrostructure, appearance, adhesion, hardness, ant-i abration ability, porosity ratio, solder ability and corrosion resistance of electro less N -i P alloy p lating on W-Cu alloy w ere investigated. T he result indica tes that the N -i P a lloy coating be longs to h igh phosphorus coating w ith P content 11137 w .t % and it is am orphous in nature, and the ant-i abrasion ability and hardness ofW-Cu a lloy w as greatly im proved by electro lessN -i P a lloy p lating. M eanwh ile, the N -i P alloy coa-t ing has a qualified adhesion w ithW-Cu alloy substrate w ith low er porosity ra tio and good so lderab ility and the deposit can offer fairly good protection to W-Cu alloy substrate in 315 w .t % N aC l so lut ion, art ific ia l sw eat so lution and 10% H 2SO4 so lution. K eyw ord s: W-Cu alloy; electro less p lating; N -i P alloy; coating property
3 48
腐蚀科 学与防护技术
第 21卷
L, N a3 PO4.
2 结果与讨论
21 1镀层厚度 、形貌及成份 镀层厚度采用千分尺测量 基材施镀前后的尺寸差得到,
施镀 2小时后测得镀层厚度在 25~ 30 Lm 之间, 此厚度可以 满足化学镀 N -i P 合金在 航空 航天、汽车、化 工、石油 和天 然 气、食品加工、采矿和军事等诸 多工业中的应用要求 [ 4] . 镀层 形貌和成分用采用 X-650 型扫描 电子 显微镜 及其 能谱进 行 检测. 图 1为化学镀前后的 基材表 面的扫 描电 镜照 片, 放 大 倍数为 3000倍. 从图 中可来自百度文库以看到, 施 镀前基 材表 面图 1 ( a ) 粗糙多孔, 施镀后基材表面图 1( b) 化学镀 N -i P 层呈典 型的 圆球堆积型, 晶粒间排列紧密, 大小较为一致, 同时可以 看到 镀层上有个别凹面颜色较暗, 这是由于高钨钨铜合金属 于粉 末冶金材料, 基材表面不 可避免 的存在 一些较 深的 孔洞, 单 纯使 用化学 镀 N -i P 的 方法难 以将其 填平, 但孔洞 中有镀 层 存在, 可在空隙率实验和耐蚀性实验中得到证明, 因此, 此孔 洞的存在并不影响镀层对基材 的保护作用. 通过电子探 针检 测, 化学镀 N -i P 合金质量组成 为: N i 88163% ; P 111 37% , 可 知该镀层属于高磷镀 层. 21 2镀层结构
化学镀镍磷工艺流程: 80e 热碱液除油 y 清洗 y 60e 热 乙醇洗 y 清 洗 y 酸 洗活 化 y 清洗 y 化学 镀 N -i Py 清 洗 y 50e 热重铬酸钾液钝化 y 200e 高温脱氢 1 h.
清洗过程用自来水和二次蒸馏水依次冲洗. 除油热碱液 采用标准配方, 成分为: 20 g /L, N aOH; 30 g /L, N aH CO 3; 20 g /
PER FORM ANCE OF ELECTROLESS N i-P COATI NG ON W-Cu ALLOY
ZHU H ou- fe i1, HUANG W en-quan2, YAN G Chao3, HAO L ong1, GAN Fu-x ing1, 4*
11School of Resource and Environm ental Science, W uhan Un iver sity, W uhan 430079; 21A nhu i V ocational& T echnical Co llege of Industry & T rade, H uainan 232001;
收稿日期: 2007-03-12初稿; 2008-03-14修改稿 作者简介: 朱厚菲 ( 1985- ), 女, 硕 士研究 生. 研究 方向 为腐蚀 与环
境电化学. * T e:l 027 - 68775799 E-m ai:l fxgan@ w hu. edu. cn
材和保持良好钎焊性也需要实验来证明. 本研究成功地在钨 铜合金表 面实现 了化学 镀 N -i P 合 金, 并从镀 层的表 面形貌 及成分, 镀层结构, 外观, 结合力, 硬度, 耐磨 性, 孔隙率, 纤焊 性等方面进行了检测和表征.
钨铜合金的硬度 (HV ) 一般在 200~ 300之间 , 耐磨 性一 般, 在运输中难以避免其 表面因 为碰撞 而留下 划痕 等创伤. 同时因为钨铜合金 中铜的 存在, 该材料 耐酸、盐腐 蚀的能 力 并不好. 钨铜合金应用于 电子封 装材料, 通常 要在 其表面 进 行焊接等工艺. 钨铜合金 材料由 于组成 成分原 因, 钎焊性 较 差 [ 1, 2]. 综合这些因素, 需要在 钨铜合 金表面 进行处 理. 化学 镀 N -i P合金 具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、抗剪切性 和较高 的机械强度 [ 3]. 如能在钨铜合金表面实施化 学镀 N -i P 合金, 有可能能够同时满足保护基材 并保持良好钎焊性的要求. 但 毕竟钨铜粉末合金和 常见的基材金属 (如铁 合金材 料等 ) 的 热力学性质和表面状态存在很 大差异, 能否在该基材上 成功 实施 化学镀 N -i P 合金 还需要 研究和 探索, 同时能 否保护 基
Fig. 1 SEM m icrog raphs o fW-Cu and N -i P deposit
F ig. 2 XRD patte rn of N -i P deposit
热处理, 化 学 镀 层 的 硬 度 达 到 97817 M Pa, 接 近 电 镀 硬 铬 ( 1000~ 1100 M P a).
31D epartmen t of Environm ent Supervision, Zhejiang P rovincecs Environm ental Pro tection Science D esign and Research Institu te,H angzhou 310007;
41S ta teK ey Laboratory for C orro sion and P rotection, Sheny ang 110016
化学镀层 经过 400e 热处理 1 h后 硬度值有了 较大的提 高, 原因在于: 化学镀层 在镀态时属于典型的 非晶态结 构, 受 热 ( 200e 以上 )后, 镀层经历 非晶态 y 亚稳 态 y 稳定 的晶态 的转变. 镀层在 400e 左右 完全 晶化, 转 变 为镍 磷 固溶 体和 N ,i P 相, 沉 淀相 N ,i P 的形 成过程和弥 散是镍磷合 金热处理 后硬度升高的 主要原因之一. 21 6镀层 耐磨性
X 射线衍 射 分 析 采用 L ab-XRD-6000X 型 X 射 线 衍 射 仪, 电压 40 kV, 电流 50 mA, 扫描速度为 4b /m in. 图 2是镀层 的 XRD 图谱, 可以看出 XRD 曲线有一个馒 头形的衍射 峰和
一些小的尖峰, 这说 明镀层 主要为非 晶态结 构, 其中 可能存 在着一些微晶结构. 非晶态 结构因没 有晶界、位 错等 而具有 优异的耐腐蚀性 能. 图 2中尖 锐衍 射峰 是由于 N -i P 镀 层在 200e 下保温 1小时脱氢的 过程 中, 发生了 从非 晶相 向热力 学稳定的 N i3 P相转 变. 213 镀层外观
采用 ISO 4527, 619规定的试 验方法, 对镀 层的耐 磨性进 行测定. 试验仪器为 T aber磨损试验机, 东京试验机制作所产 品. 加载 1000克 ( 9800牛顿 ) ; 磨轮 CS-17; 转速 为 01 3m /m in.
1 实验方法
实验采用钨铜合金作为基材, 其 质量组成为 ( m ass% ): 88 W, 12 Cu. 试片规格为 41120 cm @ 11015 cm @ 01195 cm. 化学镀 N -i P 合金工 艺条件: 28 g /L N iSO4# 6 H2O, 30 g /L N aH2 PO4# H2O, 15 g /L 配位体, 115 mg /L稳定剂, 少量表面活性剂; 温度为 ( 88 ? 2) e , pH 值为 418, 施镀时间 2 h.
经过标准热循环实验 的镀层 无剥 离、裂 纹和 起泡现 象. 划痕实验中镀层划痕交错处无脱皮和剥落. 这表明得到的镀 层与基材的结合强度好. 215 镀层显微硬度
在化学镀层上随机找出 5点, 测量 其硬 度, 并计 算其算 术平均值. 表 1为化学镀层 在镀态 和经 400e 热处 理 1小时 后的硬度值. 可以 看 到化 学 镀 层在 镀 态时 硬 度 值达 7221 4 M P a, 大于钨铜合金的硬度. 若将化学镀层经过 400e 以上的