AZ31鎂合金化學(xué)鍍Ni-Cu-Sn-P工藝的研究

朱 丹， 丁 毅， 王 娟， 馬立群， 朱 婧

（南京工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210009）

AZ31鎂合金化學(xué)鍍Ni-Cu-Sn-P工藝的研究

朱 丹， 丁 毅， 王 娟， 馬立群， 朱 婧

（南京工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210009）

通過X射線衍射儀以及極化曲線等手段，優(yōu)選出最佳化學(xué)鍍Ni-Cu-Sn-P工藝。結(jié)果表明：在硫酸鎳30g／L，硫酸銅0.4g／L，錫酸鈉8g／L，次磷酸鈉18g／L的條件下，所得 Ni-Cu-Sn-P鍍層的耐蝕性最好，且為非晶鍍層。

鎂合金；化學(xué)鍍；Ni-Cu-Sn-P；耐蝕性；非晶

0 前言

鎂合金具有比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量高以及減震性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已在航空、汽車、軍事、光學(xué)儀器、計(jì)算機(jī)、電子通訊及聲像器材等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用［1－3］。由于鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，在室溫下會(huì)被空氣氧化，生成的氧化膜疏松、多孔，導(dǎo)致鎂及鎂合金的耐蝕性非常差，無法對(duì)基體起到良好的保護(hù)作用［4］。對(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理可以提高其耐蝕性，其中化學(xué)鍍Ni-P合金是應(yīng)用較多的處理方法之一。在化學(xué)鍍 Ni-P合金的鍍液配方中加入Cu2＋和Sn4＋，所制得的Ni-Cu-Sn-P合金鍍層，其耐蝕性明顯優(yōu)于化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層的［5］。本文主要通過單因素法研究AZ 31鎂合金化學(xué)鍍Ni-Cu-Sn-P工藝，優(yōu)選出最佳鍍液配方，得到性能較好的Ni-Cu-Sn-P合金鍍層。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用的基體材料為AZ 31鎂合金，試樣尺寸為60mm×30mm×0.5mm。

1.2 工藝流程

1.3 基本鍍液配方

NaH2PO218g／L，NiSO4·6H2O 40g／L，Na2SnO3·4H2O 5g／L，CuSO40.3g／L，NH4HF 15g／L，檸檬酸三鈉30g／L，焦磷酸鈉30g／L，無水乙酸鈉10g／L，硫脲0.5mg／L，十二烷基硫酸鈉10mg／L，pH值9，60℃。

1.4 性能檢測(cè)

（1）耐蝕性

根據(jù)GB／T 10124-1988測(cè)試鍍層的耐蝕性。試樣測(cè)試面積為20mm×40mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液240mL，且NaCl溶液與大氣相通。以試樣出現(xiàn)腐蝕黑斑的時(shí)間作為評(píng)價(jià)鍍層耐蝕性的指標(biāo)。

（2）鍍速

采用增重法計(jì)算鍍速，公式為：

式中：v為鍍速，μm·h－1；Δm為試樣施鍍前、后的質(zhì)量差，g；ρ為鍍層的密度，取8.0g·cm－3；S為試樣面積，cm2；t為施鍍時(shí)間，h。

（3）電化學(xué)測(cè)試

采用CHI 660B型電化學(xué)工作站測(cè)試極化曲線，腐蝕介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為石墨。

（4）物相結(jié)構(gòu)測(cè)試

采用ARL X’TRA型X射線衍射儀（XRD）分析鍍層的物相結(jié)構(gòu)，測(cè)試條件為：Cu靶，Ka輻射，掃描速率5°／min，掃描范圍20°～80°。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸鎳的影響

圖1為硫酸鎳的質(zhì)量濃度對(duì)鍍速及耐蝕性的影響。由圖1可知：鍍速隨著硫酸鎳的質(zhì)量濃度的增加而增大；浸蝕腐蝕時(shí)間隨著硫酸鎳的質(zhì)量濃度的增加先增加后減少，當(dāng)硫酸鎳的質(zhì)量濃度為30g／L時(shí)，浸蝕腐蝕時(shí)間最長(zhǎng)。當(dāng)硫酸鎳的質(zhì)量濃度較低時(shí)，鍍液中游離Ni2＋的質(zhì)量濃度較低，鍍速較慢，鍍層覆蓋不致密，耐蝕性較差；當(dāng)硫酸鎳的質(zhì)量濃度較高時(shí)，鍍速較快，試樣表面析出大量氫氣，鍍層孔隙率較高，耐蝕性下降。

圖1 硫酸鎳對(duì)鍍速及耐蝕性的影響

改變硫酸鎳的質(zhì)量濃度，測(cè)試所得鍍層的極化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。由圖2可知：當(dāng)硫酸鎳的質(zhì)量濃度為30g／L和40g／L時(shí)，鍍層的自腐蝕電位相對(duì)于基體的發(fā)生正移，且自腐蝕電流密度降低。

圖2 極化曲線

綜上所述，確定硫酸鎳的質(zhì)量濃度為30g／L。

2.2 硫酸銅的影響

圖3為硫酸銅的質(zhì)量濃度對(duì)鍍速及耐蝕性的影響。由圖3可知：鍍速隨著硫酸銅的質(zhì)量濃度的增加先增大后減??；浸蝕腐蝕時(shí)間隨著硫酸銅的質(zhì)量濃度的增加，也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)硫酸銅的質(zhì)量濃度為0.4g／L時(shí)，浸蝕腐蝕時(shí)間最長(zhǎng)，耐蝕性最好。

圖3 硫酸銅對(duì)鍍速及耐蝕性的影響

改變硫酸銅的質(zhì)量濃度，測(cè)試所得鍍層的極化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖4所示。由圖4可知：當(dāng)硫酸銅的質(zhì)量濃度為0.2g／L和0.4g／L時(shí)，鍍層存在鈍化區(qū)間，且硫酸銅的質(zhì)量濃度為0.4g／L時(shí)所得鍍層的自腐蝕電位高于硫酸銅的質(zhì)量濃度為0.2 g／L時(shí)所得鍍層的。

圖4 極化曲線

綜上所述，確定硫酸銅的質(zhì)量濃度為0.4g／L。

2.3 錫酸鈉的影響

圖5為錫酸鈉的質(zhì)量濃度對(duì)鍍速及耐蝕性的影響。由圖5可知：鍍速隨著錫酸鈉的質(zhì)量濃度的增加先增大后減??；當(dāng)錫酸鈉的質(zhì)量濃度為8g／L時(shí)，浸蝕腐蝕時(shí)間最長(zhǎng)。

圖5 錫酸鈉對(duì)鍍速及耐蝕性的影響

改變錫酸鈉的質(zhì)量濃度，測(cè)試所得鍍層的極化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖6所示。由圖6可知：鍍層均存在鈍化區(qū)間，且當(dāng)錫酸鈉的質(zhì)量濃度為8g／L時(shí)，鍍層的鈍化區(qū)間最寬。

圖6 極化曲線

綜上所述，確定錫酸鈉的質(zhì)量濃度為8g／L。

2.4 次磷酸鈉的影響

圖7為次磷酸鈉的質(zhì)量濃度對(duì)鍍速及耐蝕性的影響。由圖7可知：鍍速隨著次磷酸鈉的質(zhì)量濃度的增加先增大后減小；當(dāng)次磷酸鈉的質(zhì)量濃度為18 g／L時(shí)，浸蝕腐蝕時(shí)間最長(zhǎng)。

圖7 次磷酸鈉對(duì)鍍速及耐蝕性的影響

改變次磷酸鈉的質(zhì)量濃度，測(cè)試所得鍍層的極化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖8所示。由圖8可知：當(dāng)次磷酸鈉的質(zhì)量濃度為18g／L時(shí)，鍍層的自腐蝕電位較正，熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，自腐蝕電流密度較低，且存在鈍化區(qū)間，有較好的耐蝕性。

圖8 極化曲線

綜上所述，確定次磷酸鈉的質(zhì)量濃度為18 g／L。

2.5 物相結(jié)構(gòu)測(cè)試

圖9為較佳工藝條件下所得 Ni-Cu-Sn-P鍍層的XRD譜圖。由圖9可知：由于鍍層較薄，得到的XRD衍射圖為饅頭狀的寬化峰與基體衍射花樣的復(fù)合譜圖。表明該鍍層為非晶鍍層。

圖9 鍍層的XRD譜圖

3 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)獲得了AZ 31鎂合金化學(xué)鍍Ni-Cu-Sn-P的較佳工藝：硫酸鎳30g／L，硫酸銅0.4g／L，錫酸鈉8g／L，次磷酸鈉18g／L，NH4HF 15g／L，檸檬酸三鈉30g／L，焦磷酸鈉30g／L，無水乙酸鈉10g／L，硫脲0.5mg／L，十二烷基硫酸鈉10g／L，pH值9，60℃。

（2）較佳工藝條件下所得 Ni-Cu-Sn-P鍍層為非晶鍍層。

［1］ 張津，章宗合.鎂合金及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：283-302.

［2］ 李瑛，余剛，劉躍龍，等.鎂合金的表面處理及其發(fā)展趨勢(shì)［J］.表面技術(shù)，2003，32（2）：1-3.

［3］ 賈志華，王玉平.鎂及鎂合金化學(xué)鍍Ni-Cu-P三元合金工藝［J］.電鍍與涂飾，2004，23（3）：6-8.

［4］ 王建泳，成旦紅，張煒，等.鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝［J］.電鍍與涂飾，2005，24（12）：42-45.

［5］ Zhang B W，Xie H W.Effect of alloying elements on the amorphous formation and corrosion resistance of electroless Ni-P based alloys ［J］.Materials Science and Engineering，2000，281（1）：286-291.

A Study of Electroless Ni-Cu-Sn-P Plating on AZ 31Magnesium Alloy

ZHU Dan， DING Yi， WANG Juan， MA Li-qun， ZHU Jing

（College of Materials Science and Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China）

The electroless Ni-Cu-Sn-P plating process was optimized by XRD，polarization curves and so on.The results show that the best Ni-Cu-Sn-P coating was obtained when nickel sulfate is 30g／L，cupric sulfate 0.4g／L，sodium stannate 8g／L，sodium hypophosphite 18g／L.And furthermore the Ni-Cu-Sn-P coating thus obtained is amorphous.

magnesium alloy；electroless plating；Ni-Cu-Sn-P；corrosion resistance；amorphous

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0029-03

2011-05-05