AZ9 1 D镁合金直接化学镀镍性能研究
- 发布人：管理员
- 发布时间：2010-05-11
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摘要：研究了以硫酸镍作为镍源在AZ91D镁合金表面直接化学镀镍1-艺，并用SEM观察镀层的表面形貌，用Leica显微硬度计测试了镀层的显微硬度，用Chi660电化学测量系统和盐雾箱研究了镀层的耐蚀性能，Table检测其磨损性能，结果表明，所得镀层致密，光亮，结合力好，可有效地保护镁合金。
镁合金具有许多优良的物理性能和机械性能，如较高的比强度和比刚度，易切削加工、铸造，能够承受较大的冲击震动负荷，减震性、导电导热性和磁屏蔽性能优良，被誉为“21世纪的轻质高强材料”。然而由于电极电势较负，导致镁合金的耐蚀性能较差，严重地限制了它的广泛应用 。因此镁合金表面处理技术成为重要的研究课题，主要有化学转化膜处理，阳极氧化处理，微弧氧化，金属涂层，有机涂层及特殊涂层[7]。
镁合金直接化学镀镍工艺可以得到厚度非常均匀的镀层，具有良好的耐蚀性和耐磨性，是近年来镁合金表面处理最常用的方法之一。通过直接化学镀镍不仅避免了浸锌法工艺复杂等缺点，还可以在形状复杂的铸件上沉积厚度均匀的镀层，从而提高耐蚀和耐磨性能。
1 试验及试验过程
1．1 试验仪器恒温水浴、扫描电镜、Leica显微硬度计、Chi660电化学测量系统、盐雾箱等。
1．2 工艺流程制样一预磨试片一超声波清洗一水洗一碱洗一水洗一酸洗一水洗一活化一水洗一化学镀一水洗一吹干
1．3 化学镀镍液的组成及工艺参数NiSO4?6H2O：15～2O g／L；Nail 2PO2?H2O：18~25 g／L；C6 H8O7?H2O：5～10 g／L；NH4 HF2：7．5～ 12．5 g／L；HF：5～10 mL／L；稳定剂：1～5mg／L；表面活性剂：0．001～0．1 g／[ ；pH 值：4．5～6．5；温度：85～95℃ ；搅拌：300 r／rain；施镀时问：3 h。本试验中采用机械搅拌的方式，施镀时间为3h，所得镀层的平均厚度为30／zm，磷的质量分数在7 ～ 9 。
2 结果与讨论
2．1 化学镀后镀层的表面形貌由图1可以看出，镁合金试样经过化学镀镍磷后，表面可获得Ni-P镀层。镀层由胞状物组成，致密、均匀，无孔隙存在，观察其形貌还可以发现几乎所有的大胞都由若干的小胞组成，这些小胞之间有明显的界线，这些连接小胞的界线几乎是直线，说明小胞在长大的过程中相互挤压而发生了变形。
2．2 硬度及结合力测试使用德国产的leica显微硬度计对镀层及基体的硬度进行测量，载荷0．98 N，加载时间为20 S，每个试样测6次，然后取平均值作为试样的实际硬度值，试样1～5是镁合金基体在不同施镀条件下所获得的镀层，经显微硬度测试发现，镁合金直接化学镀镍磷后镀层的硬度在HV500～600之间，相对于表面未进行化学镀Ni-P的镁合金基体HV71来说，硬度值提高了近8倍。结合力的检测方法根据GB／T13913-92进行热震试验，样品在250℃的加热炉内保温2 h，取出后立即投入冷水中，l min后取出，观察其表面，无起皮剥落现象，说明其结合力良好。
2．3 镀层的耐蚀性能研究采用试样面积为1 cm。，在3．5 的NaC1溶液中，以饱和甘汞电极做参比电极，铂 电极做辅助电极，扫描速度为5O mV／s，扫描范围为一1．85～O．05V，采用动电位极化法分别测量了镁合金基体和镁合金表面化学镀Ni-P镀层的极化曲线，基体和Ni-P镀层的极化曲线镁合金基体化学镀镍层镀层均匀致密时，其对基体的保护性能良好。
镁合金基体的自腐蚀电位为一1．55 VvsSCE，经化学镀Ni-P合金后，自腐蚀电位升至一0．33 VvsSCE，因此镁合金化学镀Ni-P合金后化学活性降低，耐蚀性能大幅度提高。
2．4 镀层耐磨性测试采用Taber磨损试验机对Ni-P镀层和基体进行了磨损量的测试，载荷是1 000 g，对磨轮是CS一17(按ASTM 标准)，试验结果如图4所示。由对比结果可以看出，经化学镀Ni-P的镁合金比未经化学镀Ni-P 的镁合金基体磨损量显著降低，并且这种现象越到试验磨损后期越显著，镁555045151O51 000 2000 3000400050006000磨损的转数，2种镀层磨损量的比较合金的平均磨损量在42 mg，而Ni-P镀层在第6000转的磨损量仅为5．4 mg，比镁合金的耐磨性能明显提高。3 结语1)试验中所获的Ni-P镀层致密、均匀，无孔隙存在；2)镀层的硬度为HV500~600之间，相对于表面未进行化学镀Ni-P的镁合金基体HV71来说，硬度值有很大提高。热震试验证明镀层的结合力良好；3)镀层的自腐蚀电位相对于镁合金基体明显提高，为镁合金基体提供了良好的保护；4)镁合金化学镀Ni-P以后，镀层的耐磨性能明显地提高，可使其得到更广泛的应用。
镁合金具有环保和一系列优良性能，被称为“21世纪最具潜力的绿色工程材料”。我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口都居世界首位，但应用和研究水平还不高，尽快提升我国镁合金及其成形技术与装备的技术水平，促进镁合金在我国相关行业的应用，将我国的镁资源优势转化为技术、经济优势，是摆在我们面前的迫切任务，镁合金直接化学镀镍技术的应用，使镁合金的耐蚀性能、耐磨性能及硬度大幅度提高，从而扩大镁合金在潮湿的大气，土壤及海水等服役条件下的应用。
镁合金具有许多优良的物理性能和机械性能，如较高的比强度和比刚度，易切削加工、铸造，能够承受较大的冲击震动负荷，减震性、导电导热性和磁屏蔽性能优良，被誉为“21世纪的轻质高强材料”。然而由于电极电势较负，导致镁合金的耐蚀性能较差，严重地限制了它的广泛应用 。因此镁合金表面处理技术成为重要的研究课题，主要有化学转化膜处理，阳极氧化处理，微弧氧化，金属涂层，有机涂层及特殊涂层[7]。
镁合金直接化学镀镍工艺可以得到厚度非常均匀的镀层，具有良好的耐蚀性和耐磨性，是近年来镁合金表面处理最常用的方法之一。通过直接化学镀镍不仅避免了浸锌法工艺复杂等缺点，还可以在形状复杂的铸件上沉积厚度均匀的镀层，从而提高耐蚀和耐磨性能。
1 试验及试验过程
1．1 试验仪器恒温水浴、扫描电镜、Leica显微硬度计、Chi660电化学测量系统、盐雾箱等。
1．2 工艺流程制样一预磨试片一超声波清洗一水洗一碱洗一水洗一酸洗一水洗一活化一水洗一化学镀一水洗一吹干
1．3 化学镀镍液的组成及工艺参数NiSO4?6H2O：15～2O g／L；Nail 2PO2?H2O：18~25 g／L；C6 H8O7?H2O：5～10 g／L；NH4 HF2：7．5～ 12．5 g／L；HF：5～10 mL／L；稳定剂：1～5mg／L；表面活性剂：0．001～0．1 g／[ ；pH 值：4．5～6．5；温度：85～95℃ ；搅拌：300 r／rain；施镀时问：3 h。本试验中采用机械搅拌的方式，施镀时间为3h，所得镀层的平均厚度为30／zm，磷的质量分数在7 ～ 9 。
2 结果与讨论
2．1 化学镀后镀层的表面形貌由图1可以看出，镁合金试样经过化学镀镍磷后，表面可获得Ni-P镀层。镀层由胞状物组成，致密、均匀，无孔隙存在，观察其形貌还可以发现几乎所有的大胞都由若干的小胞组成，这些小胞之间有明显的界线，这些连接小胞的界线几乎是直线，说明小胞在长大的过程中相互挤压而发生了变形。
2．2 硬度及结合力测试使用德国产的leica显微硬度计对镀层及基体的硬度进行测量，载荷0．98 N，加载时间为20 S，每个试样测6次，然后取平均值作为试样的实际硬度值，试样1～5是镁合金基体在不同施镀条件下所获得的镀层，经显微硬度测试发现，镁合金直接化学镀镍磷后镀层的硬度在HV500～600之间，相对于表面未进行化学镀Ni-P的镁合金基体HV71来说，硬度值提高了近8倍。结合力的检测方法根据GB／T13913-92进行热震试验，样品在250℃的加热炉内保温2 h，取出后立即投入冷水中，l min后取出，观察其表面，无起皮剥落现象，说明其结合力良好。
2．3 镀层的耐蚀性能研究采用试样面积为1 cm。，在3．5 的NaC1溶液中，以饱和甘汞电极做参比电极，铂 电极做辅助电极，扫描速度为5O mV／s，扫描范围为一1．85～O．05V，采用动电位极化法分别测量了镁合金基体和镁合金表面化学镀Ni-P镀层的极化曲线，基体和Ni-P镀层的极化曲线镁合金基体化学镀镍层镀层均匀致密时，其对基体的保护性能良好。
镁合金基体的自腐蚀电位为一1．55 VvsSCE，经化学镀Ni-P合金后，自腐蚀电位升至一0．33 VvsSCE，因此镁合金化学镀Ni-P合金后化学活性降低，耐蚀性能大幅度提高。
2．4 镀层耐磨性测试采用Taber磨损试验机对Ni-P镀层和基体进行了磨损量的测试，载荷是1 000 g，对磨轮是CS一17(按ASTM 标准)，试验结果如图4所示。由对比结果可以看出，经化学镀Ni-P的镁合金比未经化学镀Ni-P 的镁合金基体磨损量显著降低，并且这种现象越到试验磨损后期越显著，镁555045151O51 000 2000 3000400050006000磨损的转数，2种镀层磨损量的比较合金的平均磨损量在42 mg，而Ni-P镀层在第6000转的磨损量仅为5．4 mg，比镁合金的耐磨性能明显提高。3 结语1)试验中所获的Ni-P镀层致密、均匀，无孔隙存在；2)镀层的硬度为HV500~600之间，相对于表面未进行化学镀Ni-P的镁合金基体HV71来说，硬度值有很大提高。热震试验证明镀层的结合力良好；3)镀层的自腐蚀电位相对于镁合金基体明显提高，为镁合金基体提供了良好的保护；4)镁合金化学镀Ni-P以后，镀层的耐磨性能明显地提高，可使其得到更广泛的应用。
镁合金具有环保和一系列优良性能，被称为“21世纪最具潜力的绿色工程材料”。我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口都居世界首位，但应用和研究水平还不高，尽快提升我国镁合金及其成形技术与装备的技术水平，促进镁合金在我国相关行业的应用，将我国的镁资源优势转化为技术、经济优势，是摆在我们面前的迫切任务，镁合金直接化学镀镍技术的应用，使镁合金的耐蚀性能、耐磨性能及硬度大幅度提高，从而扩大镁合金在潮湿的大气，土壤及海水等服役条件下的应用。
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