鎂合金化學(xué)鍍鎳技術(shù)的現(xiàn)狀及前景

劉忠強(qiáng)，趙 卓，武笑穎，王蘋蘋，康兆廣

（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250102）

在21世紀(jì)，保護(hù)環(huán)境以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為世界各國共同關(guān)注的問題。作為一種非常重要的輕金屬材料，新型環(huán)保材料鎂鎂合金在材料學(xué)科本身和社會(huì)發(fā)展方面具有非凡的開發(fā)和利用水平。金屬鎂有顯著的優(yōu)點(diǎn)：密度小，比強(qiáng)度高，加工容易，但也存在鑄造性差，耐腐蝕性差，耐磨性差，易燃性等缺點(diǎn)。同時(shí)，鎂又是地球上儲(chǔ)量第八的富集元素。在含有大量金屬的海洋中，含量約為0.13%;在地殼中的含量更大，約為1.93%[1]。

然而，純鎂的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)性能很低，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，有必要利用鎂低密度的優(yōu)點(diǎn)，并滿足工業(yè)耐磨性，耐腐蝕性和阻燃性的要求。因此，出現(xiàn)了具有不同性能特征的各種鎂合金。鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有許多優(yōu)異的性能：比強(qiáng)度高，比剛度高，密度約為鋁的2/3，鐵的1/4;鎂合金還具有良好的導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性，尺寸穩(wěn)定性，電磁屏蔽性，減震性，可加工性和再循環(huán)性。因此，鎂合金材料的發(fā)展已成為各國材料研究者的重要研究課題，并被譽(yù)為21世紀(jì)電子產(chǎn)品外殼和輕型車輛的理想替代品。

然而，鎂是一種極其活潑的金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V，耐腐蝕性極差，限制了鎂合金的使用。因此，當(dāng)鎂合金用作結(jié)構(gòu)材料時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪蕴岣咂淠透g性，這對(duì)于發(fā)揮鎂和鎂合金的性能優(yōu)勢(shì)具有重要的實(shí)際意義。

鎂合金通常通過電鍍，化學(xué)鍍或熱噴涂獲得金屬涂層，使得賤金屬獲得涂層金屬的一些優(yōu)異性能。由于鎂合金非?；顫?，表面將迅速形成氧化膜,因此，非常難以對(duì)鎂合金的表面進(jìn)行電鍍，在鎂合金的直接化學(xué)鍍鎳之后，根據(jù)需要電鍍耐腐蝕金屬，但化學(xué)鍍鎳溶液的穩(wěn)定性不太好。大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用需要進(jìn)一步研究，并且廢舊鎂和鎳的再利用會(huì)污染鎂合金。

1 鎂合金化學(xué)鍍鎳的研究現(xiàn)狀

陽極氧化，微弧氧化，電鍍，化學(xué)鍍和有機(jī)材料涂層等工藝可以優(yōu)化鎂合金的抗腐蝕性。在許多表面處理中，化學(xué)鍍鎳具有高硬度，高耐磨性，高耐腐蝕性和表面亮度的優(yōu)點(diǎn)。

1.1 制取中間層法

1.1.1 浸鋅法

鎂和鎳之間的潛在差異很大。浸鋅工藝首先發(fā)明了陶氏的陶氏工藝。Mahallawy等[2]對(duì)不同鎂合金浸鋅后的化學(xué)鍍鎳，涂層具有很強(qiáng)的粘接強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性。錢建剛[3]研究了鋅浸漬溶液的主要成分和工藝參數(shù)對(duì)所得鋅浸漬層性能的影響。無需用氫氟酸預(yù)處理即可獲得最佳的鋅浸液，以獲得具有良好粘結(jié)力的鋅浸漬層。為了提高鎂合金的耐腐蝕性，Gao Y R[4]在堿式碳酸鎳溶液中采用鍍鋅工藝和化學(xué)鍍鎳。在新的鋅浸漬溶液中，鎂合金顯示出具有均勻鍍鎳的緊密鋅浸漬層。具有良好粘附性的涂層可有效保護(hù)基材。

1.1.2 化學(xué)轉(zhuǎn)化

化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是指合金與特定溶液接觸以引起化學(xué)反應(yīng)，形成難溶性化合物膜層，在金屬表面上具有良好的粘附性。任新等[5]采用錫酸鹽轉(zhuǎn)化工藝，在轉(zhuǎn)化膜上得到的鍍鎳層具有較高的顯微硬度和對(duì)鎂合金基體的良好耐腐蝕性。Zhang W X等[6]研究了AZ91D鎂合金的磷化，然后在硫酸鹽鍍液中進(jìn)行了鎳磷合金鍍層。該方法降低了涂層的孔隙率，涂層更致密和均勻，并且提高了耐腐蝕性，并且預(yù)處理是環(huán)境友好的過程。Lian J S[7]開發(fā)了化學(xué)鍍Ni-P工藝，以提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性。首先將鎂合金在含有鉬酸鹽的磷酸鋅溶液中磷化，然后進(jìn)行無電鍍。分散的金屬鋅顆粒充當(dāng)鎳磷沉積的催化核心。在磷酸鹽膜上獲得的鎳-磷層具有致密的微觀結(jié)構(gòu)并且具有良好的耐腐蝕性。

1.1.3 微弧氧化

微弧氧化膜具有提高材料的硬度，耐磨性，耐熱性和耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。李建中[8]提出了一種以微弧氧化為預(yù)處理，以硫酸鎳為主鹽的化學(xué)鍍工藝。劉志遠(yuǎn)[9]對(duì)微弧氧化系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，在微弧氧化膜上制備了結(jié)晶堿性化學(xué)鍍鎳涂層，然后進(jìn)行了酸性化學(xué)鍍鎳。微弧氧化-化學(xué)鍍鎳復(fù)合涂層具有良好的耐腐蝕性，致密性和耐腐蝕性。

1.2 直接化學(xué)鍍鎳法

作為一種新的處理方法，直接化學(xué)鍍鎳合金可以獲得均勻，良好粘合的涂層，工藝簡(jiǎn)單，近年來受到越來越多的關(guān)注?；瘜W(xué)鍍鎳層通常是二元Ni-P合金涂層。

1.2.1 二元合金鍍層

用于鎂合金化學(xué)鍍鎳的最常用的主要鹽是堿式碳酸鎳，硫酸鎳和乙酸鎳。傳統(tǒng)方法（Dow，USA）中使用的主要鹽是堿式碳酸鎳。Ni-P合金直接無電鍍?cè)赯M21鎂合金上，以堿式碳酸鎳為主鹽。涂層均勻，致密，與基材粘合良好，并具有良好的耐腐蝕性。

1.2.2 多元合金鍍層

在鎳-磷和鎳-硼合金的基礎(chǔ)上引入了新的元素組成，并獲得了基于鎳-磷和鎳-硼的多合金化學(xué)鍍。它可以與鎳-磷和鎳-硼共沉積大量的金屬，如V,Mn,Cu,Cr,Sn,Zn和Pd。少量共沉積的有Fe,Co,W,Mo等金屬。

在堿性檸檬酸鹽浴中加入鎢酸鹽，得到的Ni-W-P鍍層耐蝕性較好，當(dāng)鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%時(shí)，涂層具有最高的密度,故添加元素鎢可提高鎂合金的耐腐蝕性。施海芳等[10]通過在鎂合金化學(xué)鍍鎳液中加入CeO2顆粒，得到了Ni-Ce-P化學(xué)復(fù)合涂層，提高了耐磨性。

2 前景展望

隨著工業(yè)的發(fā)展，鎂合金的優(yōu)越性使得對(duì)鎂合金的需求越來越多地應(yīng)用。然而，鎂合金的耐腐蝕性較差，通過化學(xué)鍍鎳可以提高耐腐蝕性。但是，目前鎂合金的化學(xué)鍍鎳工藝環(huán)境性能差，工藝復(fù)雜，迫切需要改進(jìn)。尋找一種更加優(yōu)異的鎳源是今后的努力方向,電鍍液的高腐蝕性，穩(wěn)定性差會(huì)使電鍍性能受到很大的影響，改善和更換新的電鍍液添加劑可以盡量穩(wěn)定電鍍性能。

因此，在確保優(yōu)異的電鍍性能的前提下，開發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單，環(huán)保，弱腐蝕性和穩(wěn)定的化學(xué)鍍鎳工藝已成為目前迫切需要解決的問題。