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钴及镀钴

放大字体  缩小字体发布日期:2013-01-08  浏览次数:3148
核心提示:电镀钴-钼、钴-钨、钴-镍合金以及氧化铝、氧化钍或碳化铬弥散粒子与钻的复合镀层具有抗高温氧化性能,这些镀层已应用于航空零件的电铸,将在钴和钴合金电镀研究中讨论其用途。

每年生产的电解钴约为2.6万吨,它们大部分用于制备镍-钴-铁超耐热合金、硬质材料(碳化物、金刚石工具)、磁铁、轮胎粘接剂、催化剂、着色剂、化学试剂和电池材料,在电镀中的用量还不太清楚,可能很少,大概为总量的-1%~3%。但是,某些新的应用,如用于电池的镀钴钢铁件、汽车车身钢板和喷涂的钴-锌合金底层,拓展了钴在电镀业的市场。

钻和钴合金的磁性引起了电子工业的极大兴趣,特别是在计算机工业中,它们已用于永久数据储存元件的制造,记录磁盘生产中已采用镀钴(大多采用真空喷镀)。计算机工业的持续发展是一个必然趋势,对电镀钴基合金的需求将会不断增加。

电镀钴-钼、钴-钨、钴-镍合金以及氧化铝、氧化钍或碳化铬弥散粒子与钻的复合镀层具有抗高温氧化性能,这些镀层已应用于航空零件的电铸,将在钴和钴合金电镀研究中讨论其用途。

13.2.1 钴

从硫酸盐、硫酸盐-氯化物、全氯化物、氨基磺酸盐、硫酸铵和氟硼酸盐镀液中都可以电镀钴。表l3—6示出了典型的镀液配方和操作条件,镀液中不必加入氯化物或其他卤化物来提高钴阳极的溶解效率,与纯镍不同的是,没有卤化物的存在,钴阳极的溶解效率也能达到l00%。现在,可以从镍钻生产商处购买高纯电解钴,这种球形或其他形状的电解钴适合于钛阳极篮,建议在电镀生产中

表13-6一些典型的镀钴液

一些典型的镀钴液

操作条件

操作条件

①仅能买到水溶液。

不要使用含铁量较高的电解钴,微量的铁会降低阴极电流效率,并且可能影响镀层性能。

表13—7列出了pH值和温度对硫酸盐-氯化物镀液电镀钴层力学性能影响的文献数据[75]。镀钴液与瓦特镍镀液相似,不过是用钴盐代替镍盐,因此,可以在类似条件下对比钴与镍镀层的性能,在pH值为0.9~1下获得的镀钴层的抗拉强度最大;pH值从l.5升到4.0时,钴镀层的抗拉强度降低,pH值升高到4.0以上,钴镀层的抗拉强度略有提高。镀液温度从60℃升至70℃时,钴镀层的抗拉强度会降低,液压凸出试验测得的镀层有效应变较低(伸长率<1%),钴镀层的力学性能与操作条件之间的关系不同于镀镍层。镀液温度从60℃升至70℃时,镍镀层的抗拉强度增加;镀液pH值从l提高至4,镍镀层的抗拉强度降低,进一步提高镀液pH值,镍镀层的抗拉强度明显地增加。从类似不含添加剂的瓦特槽(见第3章中表3—4)获得的钴镀层的强度大于镍镀层,延展性比镍镀层差。

不含添加剂的镀槽获得的钴镀层存在内张应力,并且在某些条件下的内张应力值可能还很大,氨基磺酸盐镀钴层的内应力为140MPa,含糖精的氯化物镀钴层的内应力为95MPa[76],当钴镀层经400℃以上热处理后,其硬度会迅速下降[77]。

表13-7镀钴层的力学性能
镀钴层的力学性能

①在断裂情况下,经液压凸出试验测定,有效应变值为0.022,接近于l%的伸长率。

虽然镀钴液中加入有机添加剂后可以获得镜面光亮镀层,但是,钴镀层还没有应用到装饰性领域中,装饰性钴镀层的耐蚀性不如镍镀层,置于室外会形成令人讨厌的黑色产物,并且金属钴的成本比镍高,将来可能也不会开发它的装饰性应用。

钴镀层的功能性应用很重要,因此,要了解电镀参数对钴镀层性能的影响,以便获得令人满意的结果。电镀参数对钴镀层的物理和力学性能的影响没有像镀镍一样进行过全面系统地研究,据人所知,还没有出现过多年前Jennings、Brenner和Zentner[78]全面研究镀镍一样研究镀钴,仅研究了电镀钴和钴合金的磁性受晶格结构、电镀参数的影响[79]。

金属钴在低于421℃时通常为六方密集晶格,但是报道说,电镀的金属钴为六方密集晶格和面心立方晶格的混合物[80],在pH值低于2.4的镀液中形成面心立方晶格的钴镀层,其中可能形成并共沉积了氢化钴[81],氢化钴不稳定,它分解成六方密集钴,并释放出H2,这种六方密集结构在高pH值(3或4以上)下很稳定,在温度较高的镀液中优先形成六方案集晶格[82],当钴镀层在约425℃进行热处理,六方密集晶格向面心立方晶格转化[83]。

钴镀层中的面心立方晶格结构影响其磁性[84],例如,硬磁层具有较高的矫顽磁力(>2500e),在含560g/L CoS04·6H20、l0g/L HaB03、65g/LNa2S04·10H20的镀液中,pH值为4.8、温度为40℃下电镀钴镀层的矫顽磁力为l000~12000e,在含350g/L CoCl2·6H20、20g/L H3BO3的镀液中,pH值为4、温度为90℃下电镀钴镀层的矫顽磁力为6000e。由于理论上的a—Co(六方密集结构)的矫顽磁力为50000e,因此,这些镀层中可能存在少量面心立方晶体。“硬”磁钴镀层具有高矫顽磁力,低剩磁、慢响应时间,已用于永久数据储存仪表的制造中[85];从全硫酸盐镀液获得的钴镀层为垂直于表面的长轴六方密集针状晶粒[86],由于长轴磁化更迅速,因此,可以垂直记录。但人们更喜欢采用电镀(或化学镀)钴基二元或三元合金来制备“硬”磁层。

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