鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究綜述

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院）

摘 要：由于鎂合金和鋁合金是輕質(zhì)工程材料，并具有許多優(yōu)良性能，如密度小，強(qiáng)度高，易于壓力加工等特點，在軍工、汽車、航空航天，摩托和電子通訊等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，成為一種常用的結(jié)構(gòu)材料。本文綜述鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究進(jìn)展及其最新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鎂合金；鍍鎳；進(jìn)展

鎂合金的性質(zhì)鎂合金是一種輕質(zhì)合金材料，是最輕的結(jié)構(gòu)工程材料，具有優(yōu)異的減震以及導(dǎo)熱性能，對電磁干擾具有優(yōu)良的屏蔽作用，并可回收利用。鎂合金具有許多這些優(yōu)良的物理和機(jī)械性能，能夠滿足各行各業(yè)應(yīng)用的要求，與目前的其它的主流材料相比，具有如下幾個獨(dú)特的優(yōu)點：

（1）鎂的密度是1.74g·cm3，作為常用金屬材料中最輕的一種工程金屬材料，很適合制造殼體類制品；鎂合金的密度約為鋁的2/3，鋼鐵，鋅的1/4左右。同樣的零部件，錫制品的質(zhì)量是鎂合金制品的三倍，鋼制品是鎂合金制品的兩倍。這一特性能夠極大地推動輕型手提類產(chǎn)品的發(fā)展以及降低車輛等機(jī)械的耗能。

（2）機(jī)械加工性能以及熱成型性能優(yōu)異。易于加工且長期使用不易變形。鎂合金特殊的晶體結(jié)構(gòu)使Mg合金具有特殊的機(jī)加性能。

（3）可回收。廢舊鎂合金鑄件可再熔化，并作為AZ91D，AM60或AM50的二次材料進(jìn)行鑄造。這種特點即符合環(huán)保要求，又使其比塑膠等材料更具有吸引力。鎂合金可再生利用的特性不僅節(jié)約大量資源，還符合環(huán)保要求。

（4）比強(qiáng)度高和比剛度大。鎂合金的比強(qiáng)度不僅高于某些高強(qiáng)度鋼，甚至比鋁合金高。在同等剛性條件下，1kg鎂合金的堅固程度等于18kg鋁和2.1kg鋼。鎂合金具有較高的比強(qiáng)度高和比剛度。

（5）鎂合金比鋁合金有更大的承受沖擊載荷的能力，能量衰減系數(shù)大。在35～100MPa應(yīng)力下，鎂合金的衰減系數(shù)是鋁合金的15～25倍，可以作為汽車方向盤及所有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理想組成材料。鎂合金具有極佳的減震性能，是汽車和摩托車等交通工具理想的材料。

（6）電磁相容性。采用鎂合金制造電子產(chǎn)品外殼比現(xiàn)用的塑料有一個很大的優(yōu)勢，就是鎂合金本身是導(dǎo)體，不需要進(jìn)行導(dǎo)電處理，具有良好的屏蔽效果，因此可用作可移動的設(shè)備中（如筆記本電腦，通信移動設(shè)備的殼體等），而塑料殼體制造這樣的設(shè)備需要做導(dǎo)電處理，增加制造的成本。另外，鎂合金還具有抗疲勞，防磁和抗裂紋的特點。鎂合金的具有高的電磁屏蔽性能，是手提電腦，移動通信設(shè)備殼體的理想材料。

由于鎂是一種很活潑的金屬。在空氣中鎂表面極易形成氧化層，使得鎂合金化學(xué)鍍鎳非常困難，因此需要在化學(xué)鍍前予以去除。然而鎂合金氧化的速度很快，，在空氣或溶液中幾秒鐘就能被氧化而生成一層無結(jié)合力的氧化膜，因此，在對鎂合金進(jìn)行化學(xué)鍍之前，必須先進(jìn)行表面的前處理以獲得一層保護(hù)性膜層。鎂合金具有活潑的化學(xué)性質(zhì)，比較容易腐蝕和氧化，因此，裸露的鎂合金很難滿足人們的各種需求，需要對鎂合金進(jìn)行處理加以保護(hù)。最常見的保護(hù)鎂合金的方式是在鎂合金表面形成一層保護(hù)膜，這層膜要耐腐蝕，保護(hù)鎂合金不被腐蝕。鎳的抗氧化和耐腐蝕性能都很優(yōu)越，在鎂合金表面鍍一層鎳可以很好地保護(hù)鎂合金工件，要想得到理想的鍍層，最重要的就是采用適當(dāng)?shù)那疤幚磉^程。Mg合金化學(xué)鍍鎳前處理包括機(jī)械打磨、有機(jī)物除油、堿洗除脂、酸性浸蝕、活化、預(yù)浸中間層等步驟。前處理對鎂合金化學(xué)鍍鎳特別重要，尤其是酸洗、活化和浸鋅是前處理過程中的關(guān)鍵步驟。目前鎂合金化學(xué)鍍的研究也主要集中在前處理工藝上。按前處理的不同來劃分可以把鎂合金化學(xué)鍍鎳主要分為兩種：

（1）浸鋅法工藝，其主要的工藝流程是：清洗→浸蝕→活化→浸鋅→氰化鍍銅→化學(xué)鍍鎳。浸鋅法工藝最早由Dow公司提出，以后對該工藝進(jìn)行了許多改進(jìn)。浸鋅法得到的鍍層結(jié)合力好，但工藝比較繁瑣復(fù)雜，同時使用了劇毒的氰化物，對環(huán)境污染嚴(yán)重。此后，研究者對其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，但是這些改進(jìn)的方法仍然沒有去除浸鋅與氰化物鍍銅步驟，無法從根本上解決氰化物污染的問題。

（2）直接化學(xué)鍍鎳，這個工藝最早也是由Dow公司開發(fā)的，直接化學(xué)鍍鎳的流程為：堿性清洗→酸性浸蝕→氟化物活化→化學(xué)鍍鎳[1]。堿性清洗的目的是為了除油，同時使鎂合金的表面氧化膜發(fā)生轉(zhuǎn)變，使其由MgO膜轉(zhuǎn)變?yōu)镸g（OH）2膜，從而使鎂合金鈍化，防止其再次形成氧化膜。直接化學(xué)鍍鎳工藝操作簡單，效果良好，簡化了含氰化物鍍銅的電鍍步驟，它的特點是經(jīng)過活化后不浸鋅和氰化物鍍銅就直接化學(xué)鍍鎳。

在鎂合金鍍前處理中，酸洗作為較為重要的一步工藝，其目的是為了去除鎂合金表面的油、脂、表面氧化物等，平整鎂合金表面，使鎂合金基體裸露，形成易于除去的氧化物的腐蝕點，加強(qiáng)機(jī)械互鎖作用以提高結(jié)合力。酸洗液的選擇需要考慮多個方面，如鎂合金的類型、考慮污物的種類、允許的尺寸公差和表面的要求。鎂合金酸洗通常采用硝酸鐵、鉻酸，鉻酸-硝酸，鉻酸-硝酸鹽或磷酸鹽洗液處理，這類處理可獲得良好的耐蝕性以及美麗的外觀。

含鉻酸洗工藝?yán)钣2]等人對鎂合金采用三種配方的酸洗：（1）HNO3（68%）110cm3·dm-3，CrO3125g·dm-3，溫度：室溫；（2）KF3.5g·dm-3，CrO3180g·dm-3，F(xiàn)e（NO3）3·9H2O40g·dm-3，溫度：18～38℃；（3）KF1g·dm-3，CrO3200g·dm-3，溫度：室溫。對鎂合金酸洗后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，在利用配方（2）和配方（3）酸洗后的試樣化學(xué)鍍鎳后雖然表面光滑，但在5%NaCl溶液中浸泡后，試樣表面均有不同程度的起皮現(xiàn)象，而用配方（1）酸洗的試樣表面則沒有起皮現(xiàn)象。楊金花等[2]先用CrO3+HNO3酸洗，對酸洗液中的影響因素進(jìn)一步研究表明，鎂合金基體表面光亮，鍍層耐蝕性好，鍍速良好。酸洗的最佳工藝為：CrO3240g·dm–3，HNO340cm3·dm–3，酸洗時間30s。但是，鍍液還有鉻酸會對環(huán)境造成很大的危害。王超等[3]采用由CrO3、HNO3和H3PO4組成的混合液對Mg-Zr鑄造合金進(jìn)行酸洗，最后又采用K2Cr2O7和CrO3對鍍層進(jìn)行鈍化處理，最終得到化學(xué)鍍鎳的鍍速快、鍍層均勻、孔隙率低，基體結(jié)合力強(qiáng)、耐蝕性高的鍍層。李建中等[4]也采用類似的配方研究了鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝，該工藝采用“兩步”化學(xué)鍍鎳法，在直接化學(xué)鍍鎳4min后可以實現(xiàn)以硫酸鎳為主鹽的第二步化學(xué)鍍鎳，得到的鍍層為表面光亮，耐蝕性良好，結(jié)合力好的高磷非晶態(tài)鍍層。由于鎂合金的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在含鉻酸洗液中酸洗，在鎂合金基體上會形成無數(shù)的微電池，從而使鎂基體表面形成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，同時MgCr2O7，Mg（NO3）2和H2等產(chǎn)物部分附著在網(wǎng)腔內(nèi)，在鎂基體與鍍層之間形成夾雜層，使鍍層結(jié)合力下降。因此，為了使鍍層與基體之間結(jié)合緊密必須盡可能地消除過渡層。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：鄭忠 男，四川省巴中人，本科在讀，就讀于西北民族大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。