鋁合金化學鍍鎳層的制備及表征

初立英， 王占軍

（吉林航空維修有限責任公司 技術工程部，吉林 吉林132102）

0 前言

化學鍍鎳層不僅具有良好的耐磨性，還具有良好的耐蝕性［1-2］。本文主要是對鋁合金表面進行酸洗、堿洗、浸鋅等前處理，并在鋁合金表面化學鍍鎳-磷合金鍍層。研究表明：其在氯化鈉溶液中具有良好的耐蝕性。

1 實驗

1.1 實驗材料

以鋁合金為基體材料，其規(guī)格為3.0cm×3.0 cm×0.5cm。

1.2 工藝流程

1.3 性能檢測

利用掃描電鏡（SEM）觀察合金鍍層的表面形貌。利用X 射線衍射儀（XRD）測試合金鍍層的相組成。利用LK9805 型電化學工作站，在3.5%的氯化鈉溶液中測定電化學極化曲線。

2 結果與討論

2.1 溫度對鎳-磷合金鍍層表面形貌的影響

圖1為不同溫度下所得合金鍍層的表面形貌。由圖1可知：溫度對合金鍍層的表面形貌有較大的影響。在低溫下，合金沉積較慢，晶粒細小，表面出現(xiàn)針孔等缺陷。隨著溫度的升高，合金沉積速率加快，晶粒尺寸也逐漸增大，合金層變得更加致密均勻。但當溫度升高至92℃以后，合金沉積加快，晶粒尺寸異常變大，表面也出現(xiàn)針孔等缺陷；另外，鍍液溫度過高，鍍液揮發(fā)也變大，不利于鍍液的穩(wěn)定。所以，本實驗中溫度在84℃下可獲得結晶致密均勻的鎳-磷合金鍍層。

圖1 不同溫度下所得合金鍍層的表面形貌

2.2 鎳-磷合金鍍層的組織相分析

圖2為不同溫度下所得合金鍍層的XRD 衍射圖。鎳-磷合金鍍層是典型的過渡金屬-非金屬二元非晶合金。鍍層中的磷原子會阻礙鎳原子的正常排列，使鍍層由晶體轉變?yōu)槲⒕?。微晶是指每顆晶粒只由幾千個或幾萬個晶胞并置而成的晶體。隨著磷的質量分數(shù)的繼續(xù)增大，微晶尺寸將進一步減小，鍍層中原子在三維空間里不再呈周期性重復排列，最終變?yōu)榉蔷ЫY構，見圖2。結果表明：溫度對合金鍍層的晶體結構沒有太大的影響。鍍層在沒有經(jīng)過熱處理的情況下，在2θ=38°、45°、65°、78°處出現(xiàn)明顯的尖峰，說明合金鍍層中磷的質量分數(shù)較低，鍍層發(fā)生了一定程度的晶化，鍍層處于微晶和非晶體的混合狀態(tài)，即Ni和Ni12P5的兩項混合物。其X 射線衍射花樣為寬化的漫散射峰。

圖2 不同溫度下所得合金鍍層的XRD 衍射圖

2.3 鎳-磷合金鍍層的耐蝕性分析

當磷的質量分數(shù)大于12%時，鎳-磷合金鍍層為非晶態(tài)結構。它不具有晶態(tài)合金中的晶體特征，因此，它無法構成腐蝕微電池，表現(xiàn)出的耐蝕性明顯優(yōu)于晶態(tài)合金的。同時，在非晶態(tài)的合金鍍層表面容易形成氧化膜，進一步提高了耐蝕性。

圖3為不同施鍍時間下所得合金鍍層在3.5%的氯化鈉溶液中的極化曲線。由圖3可知：隨著沉積時間的增加，鍍層變厚，鍍層完全覆蓋基體表面，致使鍍層表面孔隙率減小，其自腐蝕電位正移較大，耐蝕性提高。在120min的沉積時間內(nèi)，自腐蝕電位最大達到0.49V。

圖3 不同施鍍時間下所得合金鍍層的極化曲線

圖4為不同溫度下所得合金鍍層在3.5%的氯化鈉溶液中的極化曲線。化學鍍鎳過程中涉及的氧化還原反應需要熱能，即在一定的溫度范圍內(nèi)才能啟動化學沉積反應。沉積速率隨溫度的升高而迅速提高，但溫度過高會使鍍液揮發(fā)速率加快，鍍液成分難以控制，鍍液性能惡化。為了得到較高的沉積速率，又保證鍍液的穩(wěn)定性，最適宜的溫度定為84～88℃。此時鍍液既有較快的反應速率又有較高的穩(wěn)定性。溫度為84℃時所得合金鍍層的自腐蝕電位最高，達到-0.56V。在此溫度下可以獲得較好的耐蝕性。

圖4 不同溫度下所得合金鍍層的極化曲線

圖5為不同施鍍溫度下所得合金鍍層在3.5%的氯化鈉溶液中電化學腐蝕后的表面形貌。由圖5可知：在84℃下所得合金鍍層的腐蝕程度最小，表面沒有出現(xiàn)明顯的腐蝕孔；而在低溫或高溫下，試樣表面均出現(xiàn)腐蝕孔。這也與圖4電化學極化曲線的測試結果相符合。更進一步證明了在84℃下可以獲得耐蝕性較好的合金鍍層。

圖5 不同溫度下所得合金鍍層電化學腐蝕后的表面形貌

3 結論

（1）溫度對合金鍍層的表面形貌影響較大。低溫下所得合金鍍層的晶粒尺寸較??；隨著溫度的升高，合金鍍層的晶粒尺寸逐漸增大。在84℃下可以獲得更加均勻細致的合金鍍層。

（2）極化曲線測試結果表明：溫度對合金鍍層的耐蝕性也有一定的影響。在84℃下獲得的合金鍍層更加均勻致密，其自腐蝕電位最正（達到-0.56V），具有較好的耐蝕性。

［1］LIU C M，LIU W L，HSIEH S H，etal.Interfacial reactions of electroless nickel thin films on silicon［J］.Applied Surface Science，2005，243（1）：259-264.

［2］徐瑞東，郭忠誠，朱曉云.新型光亮劑EN65D在化學鍍Ni-P合金上的應用［J］.表面技術，2001，30（6）：19-21.