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镀镍钴硼代铬镀层

放大字体  缩小字体发布日期:2012-02-14  浏览次数:953
核心提示:代铬镀层的要求。对镀层色泽白亮、耐蚀性较好,硬度达(Hv)750,三者兼顾的要求,李荻、赵力(北京航空航天大学)设计优化镍钴硼合金电镀工艺,有代铬的应用前景[19]。

①代铬镀层的要求。对镀层色泽白亮、耐蚀性较好,硬度达(Hv)750,三者兼顾的要求,李荻、赵力(北京航空航天大学)设计优化镍钴硼合金电镀工艺,有代铬的应用前景[19]。优选出镍钴硼合金直流电镀;直流电镀+稀土镧盐;脉冲电镀;脉冲电镀+稀土镧盐、制备四种合金镀层,与标准镀铬层性能对比见表11[15]。

表11优选工艺制备的镍钴硼合金电镀层与标准镀铬层的性能比较

   工艺类别
直流电镀
直流+镧盐
脉冲电镀
脉冲+镧盐
标准镀铬
硬度(Hv)
酸性盐雾镀层出锈时间/h
外观质量日视评分
孔隙率/(个/cm2)
沉积速度/(µm/h)
电流效率η/%
   663.2
   48
   9.6
   5.3
   54.6
   50
 755.8
   96
   9.8
   3.6
   28.5
   65
 689.8
   60
   10O
   3.2
   78
   50
   772.1
   108
   10O
   3.0
   40.5
   60
 752.0
   48
   10.0
   12.6
   33O
   13
  
       由表11可见:含稀土镧盐添加剂的脉冲电镀工艺的镍钴硼镀层已具有代铬工艺应用价值。其主要性能已达到或超过标准镀铬层性能。

②直流电镀工艺。采用电镀溶液组成采用正交试验,优选出氯化镍150g/L,乙二胺40g/L,硫酸钴10g/L,硼氢化钠1.0g/L,络合剂B56g/L,缓冲剂3g/L,光亮剂2.0g/L,工艺条件为:pHl4,温度60~70℃,阴极电流密度4A/dm2,搅拌方式:阴极移动,3cm/s,阳极电解纯镍,阴阳极面积比l:2。

③脉冲电镀工艺。脉冲电流波形为矩形方波,通断时间各为ton、toff探讨。

a.镀层沉积速度在脉冲平均电流密度Jm=4A/dm2下,脉冲通时ton=2ms,不同断时toff/ms对沉积速度的影响见表12[15],脉冲断时toff=2ms不同通时对沉积速度的影响见表13[15]。

表12脉冲ton=2ms时不同toff对沉积速度的影响(Jm=4A/dm2)

toff/ms
 2
   6
   8
   10
   12
   14
沉积速度/(µm/h)
 61.2
   88.9
   82.7
   75.1
   69.6
   68.6
13脉冲toff=2ms时不同ton对沉积速度的影响(Jm=4A/dm2)
ton/ms
   4
   8
   12
   16
   20
   24
沉积速度/(µm/h)
  68.5
   74.6
   75.1
   81.5
   69.3
   67.2
  
       由表12、表13可见:脉冲镀的镀速高于直流镀。脉冲镀具有高频率的电导通和关断,产生较大的脉冲电流密度Jp,加快沉积速度,还有利于阴极表面离子浓度恢复,形成厚度薄、浓度梯度大的脉冲扩散层,克服直流镀产生的浓差极化,提高镀速。采用金相法测量镀层厚度和计算镀层沉积速度。

b.镀层硬度脉冲ton和toff对镀层硬度的影响见图23和图24[15]。

图24toff对镀层硬度的影响(ton=2ms)

由图24可见:toff=0的数据点相当于直流镀的硬度(阴极电流密度4A/dm2)。

25 ton对镀层硬度的影响(toff=4ms)

由图25可见:ton=1:3(ton=2ms)时,镀层显微硬度最大,为753.8(Hv)。

镀层硬度测试采用MH-6型半自动维氏硬度计。c.镀层耐蚀性镀层耐蚀性测试方法如下。

浸泡试验氯化钠(NaCl)50g/L士5g/L,氯化铜(CuCl2·2H2O)0.26g/L±0.02g/L,pH=3.0~3.1(用冰乙酸调),实验温度35℃±2℃,面容比10mL/cm2。

盐雾试验,按IS03769—76标准进行,连续喷雾,试验周期96h,试验后,按试样整个试验面(30mm×30mm)上出现的点蚀数目进行耐蚀性评级。

评级标准见表13。

表13耐蚀性评级标准

   点蚀数目
 <5
 5~10
 10~30
30~50
 50~80
 8~100
>100
   评定等级
   10
   8
   6
   4
   2
   l
   0

toff和ton对耐蚀性能的影响见图26,图27[15]。

26 toff对耐蚀性能的影响(ton=2ms)

图27ton对耐蚀性能的影响(toff=4ms)

由图26、图27可见:脉冲通断时间对镀层耐蚀性影响不是很大。

d.镀层外观质量。镀层外观质量的评定采用目测法:镀层完整性为3分;

镀层颜色均匀和色泽明丽为3分;镀层致密、无缺陷为4分。脉冲通断时间对外观质量的影响见图28或图29[15]。

28 toff对镀层外观的影响(ton=2ms)
29 ton对镀层外观的影响(toff=4ms)
  
       从图28可见:ton=2ms,toff=6ms时外观最佳。从图29可见:脉冲通断时间对外观影响不大。

e.脉冲镀优选工艺条件为:

Jm=4A/dm2ton=2m,toff=6ms

脉冲镀液及其他工艺条件同直流镀工艺。

④稀土添加剂+直流电镀

a.试验方法:在镍钴硼合金直接电镀液中,分别加入铈盐稀土、镧盐稀土和混合稀土盐添加剂,浓度依次为0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L、1.2g/L,其他工艺条件不变。

b.稀土添加剂对镀层的影响试验结果如下:稀土添加剂对镀层硬度的影响见图30[15];


30稀土添加剂对镀层硬度的影响

稀土添加剂浓度与镀层失重关系见图31[15];

31稀土添加剂浓度与镀层失重的关系(pH-1的稀硫酸中浸泡6d)

稀土添加剂对镀层外观的影响见图32[15];

32稀土添加剂对镀层外观的影响

稀土添加剂对镀层孔隙率的影响见图33[15]。
33稀土添加剂对镀层孔隙率的影响

由图30可见:镧盐0.6g/L硬度最高,685(Hv);

由图31可见:镧盐0.4g/L镀层失重最小;

由图32可见:镧盐0.6g/L外观最好达9级;

由图33可见:镧盐0.6g/L孔隙率最低3.8点/cm2。

C.稀土添加剂对镀液性能的影响:

稀土添加剂对镀层沉积速度的影响见图34[15]


34稀土添加剂对镀层沉积速度的影响

稀土添加剂对镀层光亮区范围的影响见35[15]。

35稀土添加剂对镀层光亮区范围的影响

稀土添加剂对电流效率的影响见图36[15]。

36稀土添加剂对电流效率的影响

镀液均镀能力的影响见图37[15]。
37稀土添加剂对镀液均镀能力的影响

由图34可见:稀土添加剂均使镀层沉积速度降低,铈盐降低最大。

由图35可见:镀层光亮区范围随稀土的加大而增大,在稀土1g/L存在极大值。

由图36可见:随着稀土添加剂的加入,电流效率随之提高。

由图37可见:随着稀土添加剂的加入,均镀能力随之提高,镧盐最显著。

d.最佳稀土添加剂考虑稀土添加剂对镀层性能优先于镀液性能的原则,选择镧盐0.6g/L作为最佳稀土添加剂。

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