电镀性能（精选9篇）
电镀性能 篇1
与电镀ABS材料相比,电镀PC/ABS材料具有较好的强度及耐热性能,广泛用于制造汽车电镀零部件。PC/ABS合金是由聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混形成的合金,其中ABS中的B组分是丁二烯橡胶,赋予了PC/ABS材料可电镀性能。但由于电镀粗化工艺通过铬酸/浓硫酸仅能刻蚀ABS相、无法刻蚀PC相,从而影响PC/ABS零部件的电镀质量,因此对电镀PC/ABS材料的设计提出了较高要求。
PC/ABS材料电镀工艺复杂,其中和材料最相关的是粗化工序,而粗化效果直接影响电镀质量。下面研究PC/ABS材料中PC含量、橡胶含量及橡胶粒径对粗化质量及镀层性能的影响。
1 试验部分
1.1 主要原材料
a.Dow-LG公司普通级PC:300℃、1.2 kg负荷时的熔指为10 g/10 min。
b.kumho公司ABS高胶粉1:含胶量为40%,粒径为200 nm。
c.kumho公司ABS高胶粉2:含胶量为40%,粒径为400 nm。
d.kumho公司普通级SAN:调节配方中的橡胶含量。
按照表1的材料配方,通过双螺杆挤出机挤出PC/ABS粒料,然后用注塑机注塑PC/ABS高光板,高光板的尺寸为:长140 mm、宽90 mm、厚3 mm。
%
1.2 主要试验设备
a.TE-35型双螺杆挤出机:南京科亚塑料机械有限公司。
b.JEOL1230透射电镜:日本电子公司。
c.7010型剥离力 测试仪 :德国Zwick/Roell公司。
1.3 电镀试验
1.3.1电镀流程
高光板的电镀工艺流程如下。
去应力→除油→水洗→粗化→水洗→还原→水洗→敏化→活化→水洗→解胶→水洗→化学镀镍→预镀铜→水洗→镀镍→镀铬→水洗→烘干。
其中,粗化液中的硫酸浓度为400 g/L、铬酸浓度为400 g/L,粗化温度为64℃,粗化时间为16 min。
1.3.2电镀结合力测试
将电镀件切割成长140 mm、宽10 mm、厚3 mm的尺寸,测试剥离力。测试速度为100 mm/min,得到力和距离的曲线,取平台区的平均值作为镀层平均剥离力。
1.4 粗化形貌观察
粗化后取样件通过SEM观察粗化效果。
2 结果与讨论
2.1 橡胶含量的影响
PC/ABS中的橡胶组分B(聚丁二烯)在粗化液中被刻蚀形成表面凹坑,图1显示了B含量对PC/ABS材料表面粗化形态的影响。图1a是材料1(B含量为12%)粗化后的表面状态,蚀坑数量较多、分布均匀,并且孔与孔之间有一定的间隙,为良好的粗化状态;图1b是材料2(B含量为16%)粗化后的表面状态,蚀坑数量很多,但局部位置的蚀坑连在一起,表面粗糙、粗化过度。
图2是B含量对镀层剥离力的影响,以剥离力-位移曲线平台区的平均值为平均剥离力。从图中看出,B含量增加的材料2的镀层结合力下降(镀层结合力为3.8 N/cm,材料1的镀层结合力为7.3 N/cm)。这是因为橡胶含量过多时,粗化后局部位置的蚀坑连在一起,表面粗糙,粗化过度,从而导致镀层剥离力下降。
图3是橡胶粒径对镀层剥离力的影响,以剥离力-位移曲线平台区的平均值为平均剥离力。材料4中除了含有200 nm的ABS高胶粉1以外,还加入了大粒径(400 nm)的ABS高胶粉2,镀层剥离力为9.5 N/cm。镀层剥离力提高的原因是:小粒径橡胶均匀分散在PC/ABS中,能够提高足够数量的铆合点,为材料提供良好的电镀性能(图4a);增加少量大粒径橡胶、粗化后,能够提供更深的铆合点,因此提高了镀层的结合力(图4b)。
2.2 PC含量的影响
图5显示了PC含量对粗化表面形态的影响。图5a是材料1的表面状态;图5b显示材料3蚀坑数量少、粗化不足,电镀后表面存在漏镀现象。表明PC含量增加到65%时,粗化困难、电镀出现漏镀等缺陷。
3 结论
a.橡胶含量为12%、PC含量为50%时,粗化效果好、镀层剥离强度高;
b.在电镀PC/ABS材料中加入400 nm粒径的橡胶后,提高了镀层的剥离强度。
参考文献
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电镀性能 篇2
在特定条件下，一定溶液使电极上(通常是阴极)镀层分布比初次电流分布所获得的结果更为均匀的能力，也称均镀能力。
2深镀能力：
镀液要特定条件下凹槽或深孔处沉积金属镀层的能力。
3电镀：
是在含有某种金属离子的电解液中，将被镀工件作为阴极，通以一定波形的低压直流电.而使金属离子得到电子，不断在阴极沉积为金属的加工过程。
4电流密度：
单位面积电极上通过的电流强度，通常以A/dm2表示。
5电流效率：
电极上通过单位电量时，其一反应形成的产物的实际重量与其电化当量之比，通常以百分数表示。
6阴极：
反应于其上获得电子的电极，即发生还原反应的电极。
7阳极：
能接受反应物所给出电子的电极，即发生氧化反应的电极。
10阴极性镀层：
电极电位的代数值比基体金属大的金属镀层，
11阳极性镀层：
电极电位的代数值比基体金属小的金属镀层。
12沉积速度：
单位时间内零件表面沉积出金属的厚度。通常以微米/小时表示。
13活化：
使金属表面钝态消失的过程。
14钝化;
在一定环境下使金属表面正常溶解反应受到严重阻碍，并在比较宽的电极电位范围内使金属溶解反应速度降到很低的作用。
15氢脆：
由于浸蚀，除油或电镀等过程中金属或合金吸收氢原子而引起的脆性。
16PH值：
氢离子活度的常用对数的负值。
17基体材料;
能与其上沉积金属或形成膜层的材料。
18辅助阳极：
除了在电镀中正常需要的阳极以外，为了改善被镀制件表面上的电流分布而使用的辅加阳极。
19辅助阴极：
电镀性能 篇3
1 实验
实验用电镀钨合金试样,采用70MPa、250℃动态高温高压釜。将试样固定在试样夹具上整体放入高温高压釜中进行动态腐蚀实验,腐蚀介质为饱和NaCl溶液,流体流速为2m/s,先通入高纯氮气2h充分除氧,温度为35℃,实验总压力为9MPa,其中H2S分压为1.35MPa,CO2分压为3.5MPa, CH4气体分压为4.15MPa,持续时间14d。上述条件近似于某气田含硫天然气输送工况。
采用Quanta 450(FEI)环境扫描电子显微镜及EDAX能谱分析仪分析镀层表面形貌、断面形貌及元素成分。采用DX-2000型X射线衍射仪分析镀层的相成分。采用FV-700维氏硬度计测量镀层及基体表面的显微硬度。
2 结果与讨论
2.1 表面形貌
图1是经电镀、淬火处理的试样在腐蚀实验前后表面形貌对比图(图1(a)-(c)是腐蚀前试样形貌,图1(d)-(f)是腐蚀后试样形貌)。分析发现试样在电镀、淬火处理时出现表面均匀开裂现象,并且这种开裂现象遍布于试样全表面,表明淬火工艺对镀层整体性能有很大影响。通过腐蚀前后100倍(图1(a)、(d))、1000倍(图1(b)、(e))、4000倍(图1(c)、(f))的不同倍数形貌图对比发现腐蚀前后裂缝尺寸几乎没有变化,说明H2S-CO2并没有造成镀层裂缝的进一步破裂和扩展,但裂缝深度有一定程度的增加,在裂缝内部可以明显看到腐蚀产物的存在。
对腐蚀前后试样进行能谱分析,图1(b)、图1(e)中各点处能谱分析结果如表1所示。3#位置为镀层,所含成分主要为Ni、W、Fe;而位于开裂位置裂缝内部的1#、2#位置处Ni、W、Fe含量明显降低,并含有C、O、Al等其他杂质元素,1#、2#位同处裂缝内部,成分及含量保持一致,但较镀层表面3#位处O含量高、Ni和W含量低,这说明淬火过程中镀层开裂导致碳钢基体中部分成分析出,造成裂缝处成分与镀层成分含量相差较大;而经过H2S、CO2腐蚀实验后,裂缝内部几乎不含W,Ni含量也较镀层降低很多,而出现Si、P、S等元素,分析认为裂缝内部产物溶解于腐蚀产物中,裂缝深度进一步增加,裂缝底部已达到碳钢基体,而镀层表面被一层均匀、致密的主要成分为硫化物的腐蚀产物膜所覆盖。根据显微硬度数据结果,电镀淬火后表面硬度为372~413HV1,而腐蚀实验后硬度降低为324~341HV1,说明镀层经过腐蚀作用后力学性能有所降低,这是由于腐蚀作用造成裂缝周围的镀层开始进一步破裂所致。
通过以上分析,试样经腐蚀实验后表层成分与开裂裂缝底部成分有较大区别,进一步分析发现电镀层表面仅含有C、O、W、S、Fe、Ni等元素,说明该电镀层主要为W、Ni合金,其他为部分腐蚀产物;而裂缝底部含有大量元素,主要包括C、O、Mg、Al、Si、P、S、Fe、Ni等元素,电镀层主要成分Ni含量明显降低,不含W,进一步证实开裂是在电镀之后的淬火过程中产生,并且裂缝底部已不是电镀层,而是碳钢基体,因而含有Mg、Al、Si、P、S等微量元素。
2.2 断面形貌
试样侧面经处理后断面形貌如图2所示(图中(a)、(b)为腐蚀前,(c)、(d)为腐蚀后)。分析发现,镀层厚度在120~150μm之间,并且可以明显看到,镀层表面的裂缝一直延伸至碳钢基体后终止,裂缝并没有向碳钢基体内部继续扩展,碳钢基体完好,没有开裂现象,并且可以推断镀层与基体结合牢固,没有观察到明显的脱离现象。从试样侧面可以明显看出碳钢基体、镀层及其分界线,分别对基体、镀层、以及裂缝部位进行能谱分析,结果与上述推断一致。
进一步观察发现部分裂缝是从镀层表面向金属基体扩展、延伸,而另一部分裂缝则是从碳钢基体与镀层的交界处向镀层外表面扩展延伸,并且镀层与碳钢基体没有明显脱离现象,可以推断镀层与基体结合牢固。由于腐蚀作用,腐蚀产物在裂缝内堆积富集,氢、甲烷沿裂缝进入裂缝底部并与基体发生反应,随着氢等气体的聚集,内压逐渐升高,最终导致裂缝从基体内部向镀层表面扩展的现象发生。并且镀层上的裂缝不仅仅沿单一方向向碳钢基体扩展,而是同时沿平行于镀层方向进一步延伸扩展,由此导致镀层与基体之间存在一定的切应力,最终促使裂缝在镀层与基体交界处形成,并从内向外扩展。根据能谱分析(表2),腐蚀前碳钢基体主要含有Fe、C以及少量Si、Cr、Mn等微量元素,如图2(b)中的1#位置;镀层Ni-W含量较高,两者质量分数之和达70.2%,如图2(b)中的2#位置;而图2(b)中的3#位置处镀层裂缝内部含有大量氧,并且Ni-W含量较镀层明显降低。经过H2S-CO2腐蚀实验后,碳钢基体及镀层成分保持不变,而镀层裂缝内部成分有较大变化,主要是S含量急剧增加,而腐蚀前裂缝内部没有S,说明裂缝内部发生腐蚀反应,S沉积于裂缝中,并且诱发碳钢基体的溶解和腐蚀过程的加速。
2.3 镀层XRD分析
图3是碳钢表面电镀镍钨合金H2S-CO2腐蚀实验前后XRD图。由于纯金属Ni的3强峰为2θ1=44.62°、2θ2=51.94°、2θ3=76.14°,对应纯金属Ni的(111)、(200)、(220)晶面;而纯金属W的3强峰为2θ1=40.26°、58.36°、73.38°,分别对应W的(111)、(200)、(211)晶面。但与腐蚀前(图3(a))明显不同之处在于,腐蚀后Ni-W镀层图(图3(b))中只出现与之相近的3强峰,分析认为腐蚀前镀层主要成分为W2C和(Fe,Ni)化合物,而腐蚀后镀层主要成分为W2C、Ni2S3和(Fe,Ni)等化合物,这说明上述推断的正确性,腐蚀实验后,表面形成硫化物腐蚀产物导致S含量急剧增加。
3 结论
(1)表面电镀W合金镀层的质量是影响耐H2S-CO2腐蚀性能的主要因素。实验揭示镀层与基体结合性能良好,但镀层表面发生全面龟裂现象,腐蚀性较强的H2S-CO2气体综合作用于裂缝内部使离子浓度急剧增加,为缝隙腐蚀提供良好滋生环境,裂缝深度进一步增加导致碳钢基体暴露,腐蚀加速。
(2)镀层其他部位腐蚀较轻,并且表面形成Ni2S3腐蚀产物膜,使得镀层具有较好的耐H2S-CO2腐蚀性能,
(3)电镀W合金镀层在油气田开发中具有良好的应用前景。但若用于酸性环境,尚需优化配方、降低硬度、增加韧性。此外还应检测基材屈服强度85%拉应力下的镀层在NACE A法条件下的应力腐蚀开裂行为。
摘要：主要分析了电镀钨合金镀层质量及其耐H2S-CO2腐蚀性能。通过SEM、EDX和XRD分析发现镀层与基体结合强度较高,但镀层淬火处理时出现龟裂现象,裂纹均匀排布于镀层表面。腐蚀评价表明腐蚀作用只发生在镀层淬火所形成的裂缝部位,造成裂缝内部充满大量腐蚀产物,非裂纹表面未见腐蚀。指出镀钨合金若用于酸性环境,尚需优化配方、降低硬度、增加韧性,此外还应检测基材屈服强度85%拉应力下的镀层应力腐蚀开裂行为。
关键词：电镀,钨合金,镀层质量,耐蚀性能
参考文献
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电镀生产管理 篇4
电镀生产中，容易影响连续生产的因素很多，如有时生产安排不合理，毛坯脱节； 原辅材料**中断；工艺故障或设备故障；供水、供电、供气不正常；员工安排不当或 劳动力不足等都会影响生产。
在ISO9000系列国际质量标准中，将电镀工艺列为特殊工艺，并强调特殊工艺需要特殊考虑。所谓特殊考虑，就是按照AMIE（人员、设备、原料、方法、环境）五大因素对电镀过程进行全面质量控制，建立质量保证体系，达到向市场提供优质产品的目的。为了与世界经济接轨，应积极采用（GB-19000系列），等同于国家标准ISO9000系列质量标准
适销对路、高质量产品是靠企业生产出来的，生产靠科学管理，科学的管理靠人，产品质量的关键是要解决人的工作质量。优秀的产品质量第一靠人，质量好坏是靠人做出来的，人的素质与工作质量好坏可以决定产品质量的好坏；第二是内部管理，电镀要以效益抓质量。质量管理的本质就是制度和人，这是企业成败的分界线。若在实际管理中有令不行，有禁不止，规章制度没有实际效力，其表现必然是人心涣散，不思进取，企业没有凝聚力。因此，首先要解决的便是制度、纪律问题。没有纪律，企业就不可能正常运行，更谈不上效率和效益。何以创造效益，制度也能创造效益。把握了管理本质，也就获得了制胜的法宝。高质量的正品率是靠每个人的用心干出来的，心不正则品不精。
（1）质量责任制
建立质量责任制，让企业的每个人都明确具体任务、责任和权力，以便使质量工作事事有人管。要贯彻工艺规程，严格执行技术标准，妥善处理发生的质量问题。车间质量责任制：生产车间必须对其生产制造的产品做到不合格品不出车间。坚持“三不放过”的原则，即原因不查清不放过，措施不落实不放过，责任不分清不放过，并做到把不合格品消灭在本车间内。班组质量责任制：班组应对其生产制造的产品（半成品或其他）质量负直接责任。发生质量事故，要组织全班组人员分析研究，采取措施，加以解决。对班组长的考核，不仅考核生产指标完成情况，更重要的是考核工艺执行情况、原始记录的完整性等。个人质量责任制：操作工人应做到严格按工艺操作，按图纸加工，按制度办事。要认真做好原始记录，做好自检、互检工作，保证不合格品不送检、不合格品不转工序。要及时做好上道工序加工质量问题的信息反馈，积极提合理化建议，不断提高本工序的质量。
（2）电镀生产中的产品质量监控组织
无论是专业还是综合电镀生产车间，镀层质量监控是电镀生产产品保质的关键。在产品电镀生产加工完毕出厂送交客户以前，必须经过专职质量监控部门或人员按产品质量标准进行检验确认，才能准许合格产品出厂。根据生产规模和产品类型，质量监控组织通常有二级或一级设置。二级管理方式适应于大型电镀生产厂家，厂部设质检科（部），车间设质检组（或主管），承担厂或车间的毛坯检验，对制品的检验和成品检验。有权对不合格产品否决，作退镀、降级或报废处理。“中小型电镀车间一般直接设置质检班、组或专职人员，以承担上述相同任务，行使相同职权。
（3）电镀生产中的劳动组织 国内电镀生产中的劳动组织一般都是：!按电镀生产任务和岗位来定员分班，工段
电镀性能 篇5
Ni-P合金镀层具有优良的性能,对其热处理还能形成很好的Ni晶体和金属间化合物Ni3P,硬度可接近或超过硬铬镀层[1,2],达到1 100 HV[3],已在工程应用中日益受到重视。
脉冲电镀具有如下优点:能够得到致密的高导电率的沉积层,降低浓差极化,提高阴极电流密度;减小或消除氢脆;减少添加剂用量,提高镀层的纯度以及减少镀层的孔隙率等。因而,脉冲复合镀层比直流复合镀层具有更为优异的性能和应用范围。贾素秋等[4]利用脉冲电镀获得了Ni-Al2O3复合镀层,研究了工艺参数对复合镀层显微硬度的影响,但未考察镀层的耐腐蚀性能。曹铁华等[5]通过正交试验确定了脉冲Ni-P-SiO2纳米复合电镀的最佳工艺,SEM观察表明采用脉冲电镀比采用直流电镀获得的镀层具有更好的微观形貌。本工作旨在研究脉冲参数对H70铜基体Ni-P合金镀层形貌和耐蚀性能的影响,以期获得比较合适的电镀工艺。
1 试 验
1.1 脉冲电镀
(1)基材前处理
以H70(含铜量为70%)铜片为阴极,尺寸为2 cm×2 cm。用1 500号砂纸打磨抛光基材试样→丙酮除油→水洗→活化(10%稀盐酸)→水洗后备用。
(2)脉冲Ni-P合金镀
将240 g/L硫酸镍,45 g/L氯化镍,30 g/L硼酸,15 g/L亚磷酸配制成550 mL镀液,用25%盐酸溶液调节pH值至1.2~1.4。水浴加热至恒温70 ℃下,以脉宽2 ms,平均电流密度2~4 A/dm2,占空比1 ∶4~1 ∶8,施镀90 min。阳极为纯镍片,面积为阴极的2倍。
1.2 镀层测试
采用JSM-6700F型扫描电镜(SEM)对Ni-P合金镀层的表面形貌进行表征。用螺旋测微器测试不同工艺下相同时间内镀层的厚度,以揭示沉积速率的快慢。将2个试样浸泡于3.5%NaCl溶液中,通过计算其平均失重,评价其腐蚀性能;同时利用CHI660电化学工作站测定其极化曲线:三电极体系,试样为工作电极,四周用环氧树脂密封,保留工作面积1 cm2,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,测试在室温的3.5%NaCl溶液中进行,扫描速度0.5 mV/s。
2 结果与讨论
2.1 平均电流密度、占空比对镀层的影响
2.1.1 平均电流密度
不同平均电流密度和占空比所得镀层厚度见图1。
从图1可以看出,随平均电流密度增大,沉积速率呈上升状态,同一电流密度下,不同占空比所得镀层的厚度相差不大;随着占空比减小,沉积速率倾向于减小,但不十分规则。
图2为占空比r=1 ∶5,不同电流密度下所得镀层的形貌。可见,Jm为3 A/dm2时镀层结晶比较细致。当其增加到4 A/dm2时镀层质量下降且晶粒相对变大,说明随着电流密度的增大,晶粒细化效果变差,镀层质量下降。电流密度对镀层的结晶过程影响较大[6],当电流密度低于其下限时,过电势很小,晶核形成速度很小,只有少数晶体长大,镀层的结晶比较粗大;当电流密度超过其上限时,由于阴极附近放电金属离子贫乏,导致在凸出部位和棱角处放电,出现枝晶或者瘤状物。此外,大的电流密度会导致析氢反应出现,使阴极区pH值升高,形成碱式盐,这些物质吸附在阴极上或者夹杂在镀层中,形成海绵状沉淀物。因此,电镀时平均电流密度不能太低,否则在规定时间内镀层无法达到所要求的厚度,会给镀层性能带来不利影响,相反,电流密度达到4 A/dm2时,镀层出现烧焦现象,影响其外观质量。所以,电流密度为3 A/dm2较合适。
2.1.2 占空比
图3为Jm为3 A/dm2时,不同占空比对镀层表面形貌的影响。由图3可以看出:占空比较小时,在脉
宽时间内消耗的离子可以得到更好的补充,有利于消除浓差极化,新晶核形成的几率亦即其形核速率将迅速增大,晶粒数目也迅速增多,晶粒尺寸减小,因而占空比为1 ∶5时镀层外观形貌最光滑细致;占空比为1 ∶8时,峰值电流密度在导通时间会达到24 A/dm2,使得镀件边缘部分出现毛刺现象,严重影响镀层外观;而占空比为1 ∶6和1 ∶7时镀件四周的表面上出现了起皮现象。因此,占空比以1 ∶5较合适。
2.2 平均电流密度、占空比对镀层耐蚀性的影响
2.2.1 平均电流密度
r=1 ∶5下,脉冲平均电流密度对镀层耐蚀性能的影响见图4。由图可知,Jm=3 A/dm2下所得镀层的腐蚀形貌最好,2 A/dm2和4 A/dm2时镀层晶界被腐蚀。这是因为电流密度从低向高增大时,电极上过电位的增大有利于Ni-P电结晶过程中晶核的形成,使得晶核的生长相对受到限制,导致晶粒尺寸减小,镀层结晶细致,表面孔隙减小,从而提高了其耐腐蚀性能;但电流密度过大时,阴极附近电解液中消耗的沉积离子不能及时得到补充,镀层质量反而下降。这与其失重结果随时间的变化规律(表1)相符。
r=1 ∶5下,不同平均电流密度所获镀层在3.5%NaCl溶液中的极化曲线见图5,Jcorr与Ecorr间的关系
见表2。由图5和表2可知,在占空比为1 ∶5,Jm=3 A/dm2下,所得镀层表现出较好的耐蚀性能,这与失重结果相一致。
2.2.2 占空比
Jm=3 A/dm2下,占空比对镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀形貌的影响见图6。由图6可以看出:随占空比变小,镀层的耐蚀性能提高,因为2 ms脉冲宽度很短,峰值电流密度很大,在脉冲导通期间靠近阴极处金属离子急剧减少,扩散层却来不及增厚就被切断电源,在脉冲关断时间里,阴极表面缺少的金属粒子及时从主体溶液中得到补充,关断时间越长也即占空比越小时,扩散层存在的厚度越小,从而使电解液中金属离子的浓度趋于一致,镀层变得均匀、致密;当占空比过小(r=1 ∶8)时,峰值电流密度达到很大的值,伴随的严重析氢消耗了电量,使得镀层表面不光亮且沉积速率减低。表3为不同占空比下失重与腐蚀时间的关系,与图6的结果相符合。
Jm=3 A/dm2、不同占空比所得镀层在3.5%NaCl溶液中的极化曲线见图7,表4为其Jcorr与Ecorr的关系。由图7和表4可以确定,随着占空比的减小,镀层的耐蚀性能显著提高,但占空比为1 ∶8时,耐蚀性能反而最差,这与前面的研究结果一致。
3 结 论
(1)脉冲电沉积镍磷合金电镀的最佳工艺条件:240 g/L NiSO4·6H2O,45 g/L NiCl2·6H2O,30 g/L H3BO3,15 g/L H3PO3,平均电流密度3 A/dm2,脉宽ton=2 ms,占空比为1 ∶5,机械搅拌,温度70 ℃。
(2)平均电流密度对镀层沉积速度的影响较占空比大,平均电流密度越大,沉积速率越快,但过大会导致晶粒细化效果差,晶粒分布不均匀,表面形貌差。随着占空比的减小,沉积速率倾向于减小,但这种倾向并非十分规则。
(3)在脉冲电镀中,镀层耐腐蚀性能随着占空比的增大有逐渐减小的趋势,在占空比较小时表现出优异的耐腐蚀性能。
参考文献
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电镀性能 篇6
电镀黑铬层具有优异的太阳能光谱选择性能、良好的耐蚀性能和稳定的热性能, 500℃时仍能保持原有的性能和色泽[1~3], 在平板太阳能热水器领域应用较多[4,5]。目前, 普遍使用的集热材料为铜带电镀黑铬, 生产工艺相对成熟[6], 但成本较高, 应用受到了一定程度的限制。
铝及铝合金具有良好的导热性, 且价格相对较低, 用作太阳能热水器集热板芯基材具有较高的性价比。对铝基材电镀黑铬, 将两者的优势加以结合, 可以成为理想的太阳能热水器集热材料[7]。然而, 太阳能热水器长期工作在室外, 需具备优良的耐腐蚀性能, 目前, 有关铝带电镀黑铬层的耐腐蚀性能报道很少。本工作在铝带表面电镀黑铬, 分别采用划痕法和HL-60-SS试验机测试了镀层的结合强度和耐中性盐雾性能, 分析了其腐蚀机理, 研究了增加预镀镍层厚度或浸油封闭对镀层耐蚀性能的影响。
1 试验
1.1 基材前处理
基材为1050 O态铝带, 尺寸为150.0 mm×50.0mm×0.3 mm。前处理流程[8~10]:化学除油 (35 g/L Na2CO3, 60 g/L Na3PO4, 40 g/L Na OH;50~60℃, 90s) →碱蚀 (30 g/L Na HCO3, 45 g/L Na3PO4, 40 g/L Na OH;50~60℃, 60 s) →酸洗[50% (体积分数) 浓硝酸;室温, 30 s]→一次浸锌 (100 g/L Zn O, 500 g/L Na OH, 100 g/L KNa C6H4O6, 2 g/L Fe Cl3;15~30℃, 40 s) →退锌[50% (体积分数) 浓硝酸;室温, 30 s]→二次浸锌 (10 g/L Zn O, 100 g/L Na OH, 20 g/L KNa C6H4O6, 2 g/L Fe Cl3, 1 g/L Na NO3;15~30℃, 40s) →预镀镍[140 g/L Ni SO4·7H2O, 200 g/L柠檬酸钠, 12 g/L Ni Cl2·6H2O, 15 g/L Mg SO4;40~55℃, 时间110 s, 3 A/dm2, 厚度为 (1.0±0.1) μm;阳极为纯度99.9%的镍板]。
每一工序完成后, 用纯水清洗、烘干。
1.2 电镀黑铬工艺
300.0 g/L CrO 3, 12.0 g/L Na NO3, 0.2 mL/LH2SiF 6, 28.0 g/L H3BO3, 5.0 g/L Ba (CH3COO) 2;15~30℃, 5 min, 40 A/dm2;阳极为纯铅板。
镀后清洗、烘干。
1.3 黑铬镀层性能改进措施
采用增加镍预镀层厚度, 或对黑铬镀层作封闭处理的方法, 阻止腐蚀介质进入镀层的内部, 以防止原电池的形成, 最终达到改进铝带电镀黑铬层耐蚀性能的目的。
(1) 增加镍预镀层厚度将电镀时间从正常的110 s延长至220, 330, 440 s, 使预镀镍层厚度为 (2.0±0.1) , (3.0±0.1) , (4.0±0.1) μm。
(2) 封闭处理对正常预镀镍厚度为 (1.0±0.1) μm的电镀黑铬件作浸油处理[浸油液由L-RG溶剂型防锈油和40号机油组成, 比例为 (1∶5) ~ (1∶3) , 具有不易挥发、黏性较低等特点];浸泡温度60~80℃, 时间60~90 s;浸泡结束后自然晾干或低温烘干。
1.4 测试分析
根据SJ 1282-1978《金属镀层结合力的检验方法》, 采用划痕法测试镀层的结合强度[8~13]。采用HL-60-SS型气流式盐雾腐蚀试验机测试镀层的耐中性盐雾腐蚀性能:5%Na Cl溶液, p H值为6.5~7.2;降雾量为1~2 m L/ (h·cm2) ;喷嘴压力为78.5~137.3 k Pa;温度为 (35±2) ℃, 湿度大于95%;时间为48 h。
采用QUANTA 200型环境扫描电子显微镜 (ESEM) 观察镀层腐蚀后的表面形貌, 并用其自带的能谱仪测试镀层腐蚀前后的组成元素。
2 结果与讨论
2.1 正常预镀镍黑铬镀层的结合强度和腐蚀状态
(1) 结合强度铝带预镀镍厚为 (1.0±0.1) μm电镀黑铬层表面划线边缘光滑, 划线边缘及交叉点处均无脱落, 结合强度达到了5B级 (最高级) 。
(2) 腐蚀状态图1是铝带预镀镍厚为 (1.0±0.1) μm电镀黑铬层腐蚀前后的SEM形貌。从图1可看出:腐蚀前黑铬镀层晶粒呈针叶状, 表面疏松多孔, 具有较大的比表面积, 有利于提高光吸收率[14], 但腐蚀介质易进入镀层内部, 降低其耐腐蚀性能[15];局部产生点蚀[16], 腐蚀产物为白色物质;腐蚀液进入镀层内部后, 从内部开始腐蚀, 造成体积膨胀, 致使外层镀层开裂, 而加速镀层腐蚀。
图2是铝带电镀黑铬层腐蚀前后的能谱。从图2可以看出:黑铬镀层未腐蚀时的主要元素为Cr和O;腐蚀后的主要元素为Al和O, 说明腐蚀产物主要为Al的氧化物, 铝基材是腐蚀发生的主要场所。
铝基材成为腐蚀发生的主要场所可能有以下3种原因: (1) 黑铬镀层疏松、多孔, 腐蚀介质易进入其内部; (2) 预镀镍层与黑铬层紧邻, 在电解质溶液中形成了闭合回路; (3) 黑铬镀层含有铝、镍、锌、铬4种元素, 各具不同的金属活性。以上3项条件使铝带黑铬镀层满足了原电池形成的3个基本条件, 从而形成了原电池, 加速了腐蚀;铝是以上4种金属中活性最强的, 在形成原电池时, 会作为牺牲阳极优先被腐蚀。
2.2 改性后黑铬镀层的耐蚀性能
(1) 增加预镀镍层厚度随着预镀镍层厚度的增加, 铝带电镀黑铬层的耐中性盐雾腐蚀性能有了明显的改进, 预镀镍厚度为 (4.0±0.1) μm时, 基本无腐蚀, 这是因为随着预镀镍厚度的增加, 电解质溶液难以到达基体, 阻止了原电池的形成, 从而提高了其耐腐蚀性能。但是, 预镀镍厚度增加, 会增加生产成本, 不利于其广为应用。
(2) 浸油封闭处理浸油封闭处理使铝带电镀黑铬层的耐蚀性能明显提高, 中性盐雾腐蚀48 h镀层基本无腐蚀, 这是因为浸油处理封闭了黑铬镀层的孔隙, 防止电解液溶液进入其内部, 因而阻止了原电池的形成, 使之具有更加优异的耐腐蚀性能。
3 结论
(1) 正常预镀镍铝带黑铬镀层耐腐蚀性能较差, 48 h中性盐雾试验后表面出现了大量的腐蚀点, 腐蚀产物为白色的Al氧化物。镀件在腐蚀介质中形成了原电池, 铝被作为牺牲阳极首先遭到腐蚀, 成了腐蚀发生的主要场所。
(2) 腐蚀介质进入铝带电镀黑铬层后从内部开始腐蚀, 腐蚀产物体积的膨胀导致外镀层的开裂, 从而加速基体的腐蚀。
电镀性能 篇7
Ni - P合金镀层以其良好的硬度、耐蚀性及磁性能,在许多领域得到广泛的应用。磷含量较低(1%～5%,质量分数)的Ni - P合金不是晶态就是微晶镍。中磷(5%～8%,质量分数)合金为微晶和非晶的混合结构,大于9%的镍磷合金在镀态时呈非晶态[1]。非晶Ni - P合金镀层热处理过程发生相转变和结构的变化,结构的变化也导致其性能的改变[2,3]。本工作对磷含量12.3%的Ni - P非晶电镀层热处理前后的结构和性能进行了研究。
1 试验方法
1.1 样品的制备
基体为中碳钢片和不锈钢片,镀前经除油、酸洗活化,去离子水冲洗。镀液成分:240 g/L NiSO4·6H2O ,28 g/L NiCl2·6H2O,30 g/L H3BO3 ,20 g/L H3PO3,40 g/L Na3C6H5O7 ,用硫酸调节镀液的pH值。在温度60 ℃,pH值1.5,电流密度2 A/dm2条件下制备镍磷镀层,其磷含量的质量分数为12.3%。
1.2 测试仪器
镀层组织结构用JEM - 100CXII型透射电镜(TEM)、JEM - 2010高分辨透射电镜 (HRTEM)和D/max - RB X射线衍射仪 (XRD, Cu - Kα)分析。DSC(差示扫描量热法)试验在DSC204型差示扫描量热仪上进行,升温速率为10 ℃/min。在设定的温度下恒温10 min和60 min进行热处理,为防止试样在高温时氧化,通入氮气保护。镀层的显微硬度用MH - 6显微硬度仪测量,测量时的加载力为29.4 N,保载时间为10 s,每个试样打3个点取平均值。镀层的耐磨性在UMT - 2显微力学摩擦试验机上测量,采用直径为5 mm的GCr15钢球,往复摩擦方式,加载力为10 N,速度为120 r/min(1 min往复运动120次),摩擦2 min。
2 结果与讨论
2.1 镀层结构
图1是电沉积Ni - P合金镀层的高分辨电镜像和选区电子衍射花样。迷宫状花样的高分辨电镜像和晕环状的的电子衍射表明Ni - P镀层具有明显的非晶态结构特征[6]。
在260～420 ℃范围内对镍磷非晶镀层热处理,恒定升温速度为10 ℃/min。图2为不同温度热处理10 min样品的X射线衍射谱图。由图可以看出,260 ℃时X射线衍射谱在2θ约45°处仍为较宽的“馒头峰”,表明此时镀层仍保持非晶态。270 ℃开始晶化,亚稳相Ni12P5和Ni5P2析出,与文献[4]结果一致。随温度升高,衍射峰强度增大,析出的亚稳相增多。进一步升温到360 ℃,在非晶晶化的同时,亚稳相Ni12P5和Ni5P2也开始向Ni3P和Ni稳定相转变,420 ℃热处理后只有Ni3P和Ni对应的谱峰。
镀层热处理60 min的X射线衍射谱见图3所示。270 ℃热处理衍射峰为亚稳相Ni12P5和Ni5P2,升温至320 ℃亚稳相的衍射峰已经减弱或消失,出现Ni3P的衍射峰。与图2b比较可以看到,随着热处理时间的延长,晶相与非晶相之间的原子扩散逐渐向稳定相发展,使得发生亚稳相向稳定相转变的相变开始温度随热处理时间的延长而降低。
镀层热处理10 min后的TEM照片和电子衍射花样如图4所示。可以看到320 ℃热处理后其衍射花样图上除了非晶漫散环外,还有晶体光亮衍射斑点,表明样品中已有晶相析出[5]。随着热处理温度升高,晶体的衍射斑点增多,非晶漫射环变得微弱。由图3可知,低温时这些斑点是Ni12P5和Ni5P2晶体分布在非晶基体中,由于析出相的2θ非常接近,不同相的衍射斑点相重叠,很难得到斑点组成规则的衍射谱图,360 ℃热处理后主要是Ni3P和Ni的晶体以及少量的Ni12P5。
由图5可以看到,320 ℃热处理10 min后,在某些区域中出现不规则的2～5 nm的条纹花样,该区域对应一个小结晶颗粒,其他区域中观察到的仍然是迷宫状的花样,这些区域对应的是非晶相,镀层的结构是以非晶相为主、少量Ni12P5和Ni5P2纳米晶相镶嵌于非晶基体上的非晶纳米晶复合结构[6]。图5b显示,360 ℃热处理10 min后出现了一些大块的条纹状区域,对应较大的结晶颗粒[7],长大的晶体夹着未晶化的非晶相区,镀层由非晶相和纳米晶的Ni3P、Ni及少量Ni12P5组成。Ni - P合金热处理温度越高,晶粒越粗大,晶粒的长大过程遵从有序原子集团沉积机制,与卢柯等[8,9]的研究一致。镀层在不同温度下热处理10 min时的结构模型图如见6。
2.2 显微硬度和耐磨性
为了研究热处理对镀层显微硬度和磨损性能的影响,测试了不同温度热处理10 min和60 min前后镀层的显微硬度和磨损试样的磨痕宽度,结果见图7,图8。图中试样编号1代表镀态,2～6分别代表热处理温度为270,300,320,360 ℃和420 ℃。
由图7中看出,镀态的硬度低于热处理后的镀层硬度,300 ℃热处理后镀层的硬度值最高,270 ℃热处理后镀层硬度次之,320 ℃和360 ℃热处理后的最低,而420 ℃热处理后镀层的硬度值又有所升高。这是因为镀层热处理后结构发生了变化,其结构变化引起镀层性能的改变。镀层热处理后形成了非晶+纳米晶的复合结构,其硬度高于镀态的镀层。270 ℃和300 ℃热处理后的镀层硬度高,是因为在这两种温度下热处理时非晶部分晶化析出了纳米晶,纳米晶弥散于残余非晶相上形成弥散强化所致。320 ℃和360 ℃热处理后析出的纳米晶较多,且晶粒长大,弥散强化的作用减弱。360 ℃热处理后的高分辨透射电镜像观察发现其晶化的区域夹杂着未晶化的区域,局部形成了部分非晶相弥散于纳米晶相上的复合结构,这种结构不仅不会形成弥散强化,不连续非晶相的存在反而使其硬度降低。420 ℃热处理后Ni3P硬质相析出对基体起沉淀强化作用,增加了整个组织的塑性变形抗力[10],镀层的硬度有所提高。
镀层的耐磨性用镀层的磨痕宽度来衡量。镀态的磨痕宽度比热处理后的大,其耐磨性能较差。由图8可知,随热处理温度升高,镀层的磨痕宽度减小,耐磨性能改善。420 ℃热处理60 min的镀层磨痕宽度最小,其耐磨性能最好。在相同的热处理时间下,镀层的磨痕宽度都随着热处理温度的升高而减小,而同一温度下热处理10 min比热处理60 min镀层的磨痕宽度大,但热处理10 min镀层的磨痕宽度随热处理温度的升高减小的幅度不大,而热处理60 min镀层的磨痕宽度随热处理温度升高而减小的幅度较大,表明在较高的热处理温度下,随着保温时间的延长,镀层中析出了较多的Ni3P相。硬质相Ni3P晶体的存在增加了镀层塑性变形时的滑动阻力,使镀层的耐磨性能大大提高。
3 结 论
(1)P含量12.3%(质量分数)的Ni- P合金电镀层为非晶态。Ni - P镀层热处理晶化经历非晶→非晶+纳米晶的过程。
(2)经300℃热处理后,形成了细小晶粒弥散于非晶相中的复合结构,其硬度最大。420 ℃热处理60 min后镀层的耐磨性能最好。
摘要：为进一步了解Ni-P合金电镀层的结构与性能的关系,利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和显微硬度仪等,研究了P含量12.3%(质量分数)的Ni-P合金电镀层热处理前后结构的变化对性能的影响。结果表明:镀态镍磷镀层呈非晶态结构,270℃恒温10 min镀层开始晶化,析出亚稳相Ni12P5和Ni5P2,360℃亚稳相向Ni3P和Ni稳定相转变,且晶粒长大,420℃时只有Ni3P和Ni相;热处理后镀层的硬度大于非晶态镀层,300℃部分晶化析出的纳米晶弥散分布于非晶相中,镀层的硬度达到极大值,Ni3P硬质相的析出大大提高了镀层的耐磨性能。
关键词：电沉积,镍磷镀层,非晶态,热处理,晶化,结构,性能
参考文献
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电镀性能 篇8
A3钢是应用广泛的工业材料,但其耐腐蚀性能尤其是耐高温氧化性能较差[1],改善方法之一是在其表面形成耐高温腐蚀性好的涂层[2]。已有人采用化学镀方法在铝表面包覆一层镍膜[3],然后将镍包铝粉复合电镀到钢基体表面,通过高温热处理镀层形成金属间化合物及氧化铝保护膜,并考察了镍包铝层对普通碳钢耐腐蚀性和高温氧化性能的影响[4]。本工作采用水性体系,通过在A3钢表面脉冲电镀镍铝复合层,进行了铝镍金属间化合物作为保护材料的先期基础研究,并与相应直流复合镀层进行了结构、结合力和耐高温腐蚀性能比较研究。
1 试 验
1.1 镍包铝粉制备
镍包铝粉制备过程:铝粉水洗→丙酮除油→碱性浸蚀→化学镀镍→水洗。
在室温搅拌下,用1 mol/L NaOH溶液对铝粉[粒径(13±2 μm)]进行碱性侵蚀以除去其表面氧化膜。由于铝粉很细、表面积大,当除去氧化膜后,碱和铝剧烈反应并有气体(H2)产生,易于控制终点,因而碱蚀法优于酸法处理。
化学镀镍:250 g/L 硫酸镍,35 g/L 柠檬酸钠, 9 g/L 柠檬酸,90 g/L 次亚磷酸钠,4 g/L 硫脲,氨水(26%～28%)适量,pH值10.0～11.2,温度 80～90 ℃,施镀时间 4 h,即得到镍包铝粉。
1.2 镍包铝粉复合镀
1.2.1 材料处理
阴极为1.0 cm×2.0 cm×0.2 cm的A3钢片,经除油、酸性侵蚀、脉冲电镀镍包铝粉处理,每步完成后水洗。
阳极:1.0 cm×2.0 cm,薄纯镍片(Ni>99.9%);浸入60 ℃酸洗溶液约60 s,取出后水洗,丙酮洗,吹干。
镍包铝粉:自制。
1.2.2 镀液成分及工艺条件
300.0～333.0 g/L NiSO4,9.8～14.7 g/L MgSO4,10.0～20.0 g/L NaCl,30.0～40.0 g/L H3BO3,18.0～26.0 g/L H2C2O4,0.5～1.0 g/L OP - 10,25.0～40.0 g/L 镍包铝粉,pH值 4.7～5.8,温度45 ℃,频率 800 Hz,占空比 2 ∶1,平均电流密度 3 A/dm2,搅拌速度 200～500 r/min。
1.2.3 设备
采用电流波形为方波的数控脉冲电镀电源进行电镀。用2.5 L烧杯做电镀槽,镀液置于超级恒温水浴中进行控温。采用示波器对电镀电压波形进行检测。配制镀液时,在一定量镀液中加入表面活性剂,将镍包铝粉加入配好的镀液中,搅拌分散15 min 后,再加标准液至250 mL,继续分散5 min,然后加热至所需温度,并保持恒温。
将复合镀后镀件放入高温电阻炉中进行烧结,温度设为950 ℃。升温的过程中通入氩气,在950 ℃下保温3 h后随炉冷却。
2 结果与讨论
2.1 镍包铝粉的形貌及成分
镍包铝粉的镀覆情况见图1。采用扫描电子显微镜(SEM)对镀层表面进行显微形貌分析,用电子探针(EDX)进行镀层成分分析,镀层镍含量的测定按GB/T 13913-92进行,磷含量的测定采用分光光度法进行[5]。分析表明,镍包铝粉成分为Ni 35.4%,Al>63.2%。图2是典型粉末的XRD谱,图中显示粉末由Ni、Al组成, 并且Ni呈晶态结构。
利用扫描电镜(SEM)对获得的微细铝粉表面镀覆情况进行观测,结果见图3。由图3可以看出:在水溶液体系中通过化学镀的方法制备的镍包铝粉,镀层外观规则,晶粒大小均匀,晶粒间结合紧密,没有明显缺陷和空隙,均匀一致,厚度适中,镀覆完整。
2.2 镍铝复合镀层微观结构
采用扫描电镜(SEM)观察复合镀层的表面及截面形貌。图4a,4b为直流和脉冲电镀(电流密度3 A/dm2 )条件下所得镀层的截面形貌。比较发现,直流电镀所得镀层厚薄不均、粗糙;脉冲电镀层均匀、致密,基体之间结合紧密,具有明显的分界面,界面上形成一薄层扩散层,说明镀层与基体结合良好。造成镀层差别的原因是脉冲电流中Im为平均电流,其峰值电流密度Jp达到8 A/dm2,高电流密度加快了镍的沉积速度,提高了镍包裹吸附在镀层上的镍包铝粉上的能力;另一方面,脉冲电流条件下有效地消除了阴极极化,使析氢减少,降低了氢气在析出过程中排挤吸附在阴极表面或未完全被镍包裹的镍包铝粉颗粒的可能,从而提高了镀层中镍包铝粉的含量。图5为脉冲电镀层表面形貌,可见镀层为稳定的晶相结构,晶粒细小均匀。
图6为镀件灼烧后的截面形貌。图7为灼烧后镀层XRD谱,显示镀层与基体形成了扩散区,相互渗透,经过高温灼烧,熔点低的铝熔出在表面,低温放置而自然形成氧化物保护膜,对基体起到防护作用,镍和基体、铝相互渗透,使基体和涂层结合紧密。外涂层形成了高温结构材料Ni - Al金属间化合物,具有优越的化学稳定性和高温稳定性,不仅改善了材料表面性能,而且延长了材料的使用寿命[6]。
2.3 复合镀层与基体的结合力
根据GB 5270-85《金属基体上金属覆盖层(电沉积层和化学沉积层)附着强度试验方法》,采用热循环试验和锉刀试验方法测试镀层与基体的结合力。镀件在室温～900 ℃间进行10次热循环试验,结果镀层与基体结合牢固,在端面的锉刀试验中,镀层与基体也未发生分离,说明复合镀层与基体的结合良好,达到了要求。而直流镀层则有不同程度的揭起和脱落现象,说明直流镀层与基体间结合力不及脉冲镀层。
2.4 热处理后涂层的抗氧化性能
普通碳钢及其表面镀覆保护膜并经高温处理形成梯度涂层后的高温氧化行为见图8。图8显示,普通碳钢基体600 ℃高温氧化增重很快,这是因为高温时铁与氧反应形成多相多层氧化膜[7],腐蚀严重;而镀覆保护层后,900 ℃高温氧化的增重平缓并趋于稳定,这是因为经过高温处理后涂层表面为渗出的熔融铝,氧化后表面为几种晶格氧化铝共存,是亚稳相结构,对金属基材具有良好的保护性,此时基体表面已形成了一层具有良好耐高温性的氧化铝保护膜,显著提高了耐高温氧化性能[8]。
2.5 热处理后涂层孔隙率检测
根据GB 5935-86《轻工业产品金属镀层的孔隙率检验方法》,采用贴滤纸法测定镀层孔隙率,测定3次,取其平均值,测试结果分别为:0.03,0.015,0.03。即镀层平均孔隙率为 0.025。
涂层的孔隙率一般都较小,其密实度小于原涂层材料。不同基体不同材料对密实度有不同的要求,一般情况下越密实、孔隙率越小越好。本试验所得试样合格。
3 结 论
脉冲复合电镀所得到的镍包铝粉镀层性能明显优于直流复合电镀层的,所得脉冲电镀镍包铝粉镀层与钢基体的结合良好,镀层晶粒外观规则,晶粒间结合紧密,镀层均匀,镀覆完整;采用脉冲复合镀于普通碳钢表面镀覆镍包铝粉镀层经热处理后,碳钢的高温抗氧化性能显著提高。
摘要：A3钢工业应用广泛,但耐蚀性及耐高温性能较差,在其表面形成高温防护涂层是较好的解决办法。在确定镀液组成、浓度及脉冲电镀工艺条件下,采用水基体系脉冲复合镀于A3钢表面制得了镍包铝粉镀层,并借助SEM、XRD分析和镀层结合力、孔隙率、抗氧化性测试等考察了镀层的结构及性能。结果表明,脉冲复合电镀的效果明显好于直流电镀,其镀层均匀,镀覆完整,晶粒外观规则,相互间结合紧密,镀层与钢基体结合良好;与直流复合镀镀层进行比较表明,采用直流电镀所得镀层结构和结合力均较差。脉冲复合镀所得镀层经高温热处理形成金属间化合物,使普通碳钢基体表面形成一层保护膜,提高了普通碳钢的耐高温腐蚀性能。
关键词：复合电镀,镍包铝粉,A3钢,脉冲电镀,防护涂层,热处理,耐高温腐蚀性能
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电镀性能 篇9
黄金镀层不仅具有高贵典雅的金黄色,还有光亮如镜的浅黄、粉红、橘红等多种色泽,在空气中不变色,具有良好的耐蚀、耐磨性能,被广泛用于首饰、餐具、人造珠宝、奖牌、化妆容器、眼镜、钟表、家具、浴具及各类装饰品中[1,2,3,4,5]。长期以来,电沉积金合金(95.83%金)多为Au - Ni,Au - Co合金,但金属Ni对人体皮肤有刺激作用,金属Co价格贵。当外层为Au - Fe合金时,饰件不会引起皮肤过敏且抗色变能力强。
从节约资源及开发高性能材料需要出发,本工作以铜件为基体,通过考察KAu(CN)2浓度、FeSO4浓度、镀液pH值及温度对铜件电镀Au - Fe合金的影响,优化了工艺条件,以期对实际生产提供参考。
1 试 验
1.1 基材处理
基材为铜合金(70%Cu+30%Zn),尺寸为20 mm×30 mm×1 mm。前处理:碱洗(20 g/L NaOH,25 g/L Na2CO3,50 g/L Na3PO4·12H2O)→水洗→浸蚀(盐酸、水体积比为1 ∶1)→水洗。
1.2 Au - Fe合金电镀
基础镀液:4～20 g/L KAu(CN)2,2～6 g/L FeSO4,0.3～0.6 g/L KCN(配位剂),100～120 g/L 柠檬酸钾(pH缓冲剂),0.1～0.2 g/L十二烷基磺酸钠,pH值3.0～4.0,所用试剂均为分析纯。工艺参数:电流密度1～3 A/dm2,温度30～50 ℃,时间6 min。阳极为Ti网,电源为TPR - 15 - 10型直流电源。
1.3 测试分析
用MITSUBISHICP700 型金相显微镜测定Au - Fe合金镀层的厚度,并按v(沉积)=δ(沉积)/t(沉积)计算镀层沉积速度:将77%(体积分数,下同)环氧树脂、8%乙二胺、15%苯二甲酸二丁酯配成胶状物, 将待测试样垂直浸入其中, 取出凝固后用金刚砂布、03～05 号金相砂纸依次打磨至平整。
用GBC908 型原子吸收光谱仪测定镀液中Au+和Fe2+的含量。镀层结合力、热浸及人工汗试验参照文献[6]进行。
2 结果与讨论
2.1 KAu(CN)2浓度对Au - Fe合金沉积速度的影响
固定镀液中FeSO4浓度为4 g/L,镀液pH值为3.6,温度为40 ℃,改变镀液中KAu(CN)2的浓度,电流密度2.0 A/dm2,电镀6 min。沉积速度随KAu(CN)2浓度的变化曲线见图1。由图1可知,Au - Fe合金沉积速度随KAu(CN)2浓度的升高逐渐增大:当KAu(CN)2浓度小于8 g/L时,合金沉积速度小于15.50 μm/h;当KAu(CN)2浓度大于16 g/L时,合金沉积速度大于17.23 μm/h;KAu(CN)2浓度在8～16 g/L之间,合金沉积速度比较均匀。足够的主盐可以保证Au+的充分补给,维持比较高的沉积速度,但KAu(CN)2浓度太高会增加成本,故KAu(CN)2浓度在8～16 g/L比较合理。
2.2 FeSO4浓度对Au - Fe合金沉积速度的影响
固定KAu(CN)2浓度为12 g/L,其他条件同上。Au - Fe合金沉积速度随FeSO4浓度的变化曲线见图2。由图2可知,随着FeSO4浓度的升高,Au - Fe合金沉积速度缓慢增加:当FeSO4质量浓度小于3 g/L时,沉积速度小于16.15 μm/h;当FeSO4浓度大于5 g/L时,沉积速度大于16.78 μm/h。为了保证合金中Au的含量为95.83% (23K),FeSO4浓度在3～5 g/L比较合理。
2.3 镀液pH值对Au - Fe合金沉积速度的影响
固定FeSO4浓度为4 g/L,其他条件同上。用柠檬酸和柠檬酸钾调节镀液pH值,Au - Fe沉积速度随pH值的变化曲线见图3。由图3可知,随着镀液pH值增大,Au - Fe合金沉积速度逐渐增加:当pH值小于3.4时,合金沉积速度小于16.23 μm/h;当pH值大于3.8时,合金沉积速度大于16.91 μm/h。pH值过高会加速Fe2+氧化,导致Au - Fe合金镀层质量恶化,在生产中必须及时调整和维护,使其控制在3.4～3.8,以获得良好的镀层。
2.4 镀液温度对Au - Fe合金沉积速度的影响
镀液pH值取3.6,其他条件同上。Au - Fe合金沉积速度随镀液温度的变化曲线见图4。由图4可知,随着镀液温度升高,Au - Fe合金沉积速度增大:当温度低于35 ℃时,反应较慢,Au - Fe合金周边发暗,合金沉积速度小于16.23 μm/h;当温度高于45 ℃时,反应过快,Au - Fe合金表面发雾,合金沉积速度大于17.12 μm/h;温度为35～45 ℃时,合金镀层光亮平滑,质量优良。
2.5 镀层性能
在12 g/L KAu(CN)2,4 g/L FeSO4,pH值3.6,温度40 ℃,电流密度2.0 A/dm2的条件下电镀时间6 min(测得其镀速为16.36 μm),所得镀层试样在烘箱中加温至200 ℃,恒温10 min,再在室温水中骤冷,镀层无鼓泡现象。将镀层一侧弯曲90°,用胶带法检测,镀层无脱落,可见Au - Fe合金镀层与铜基体的结合良好。人工汗试验显示,镀层不生锈,说明镀层质量稳定。上述较佳条件下制备的Au - Fe合金层的SEM形貌见图5,由图5可以看出,镀层与基体之间没有裂纹,说明Au - Fe合金镀层与铜基体结合良好。
3 结 论
铜件电镀Au - Fe合金的较佳工艺:12 g/L KAu(CN)2,4 g/L FeSO4,pH值3.6,温度40 ℃。在该工艺条件下,Au - Fe合金沉积速度为16.36 μm/h,镀层表现出良好的结合力和耐蚀性。
参考文献
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