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铀及铀合金的防腐镍镀层研究进展

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-12  浏览次数:637

金属镍易溶于稀硝酸,难溶于盐酸和硫酸,在浓硝酸中处于钝化状态;在空气中,镍与氧作用,表面迅速生成一层极薄的钝化膜,能抵抗大气、碱和一些酸的腐蚀;镍与强碱不发生作用。所以镍镀层常用作防护装饰性镀层。镍镀液主要有硫酸盐型、氯化物型、氨基磺酸盐型、氟硼酸盐型等,其中以硫酸盐型(Watt)镀液在一般工业上应用最为普遍。但从几种不同镀镍溶液中所获得的镀镍层的物理性质看,氨基磺酸盐镀液中所获得的镍镀层内应力(7~70MPa)最低。

铀及铀合金的电镀镍工艺研究较多。工艺过程包括清洗、浸硝酸、蚀刻、在硝酸中去除蚀刻产物、电镀镍。用三氯化铁蚀刻来获得相对光滑但粗糙度适宜的表面,从而保证镀层与基体之间的结合力。从氨基磺酸盐镀液中所获得的镍镀层内应力低、镀层颗粒均匀、结合力好。从镍镀层的表面形貌看,镍镀层对铀基体的覆盖完全而且均匀,对基体具有较好的防腐蚀效果。

Orman和Owen等人研究发现,对于未经蚀刻的铀,镍镀层对其没有保护作用;而经化学或电化学蚀刻的表面上,镀层对基体的保护性能良好,而且化学蚀刻的要比电化学的更好。他们还发现镍镀层厚度小于25.4μm时,镀层因孔隙的存在而很快失去防腐蚀能力。

Johnson等人研究了铀上不同厚度的镍镀层的性能。样品经三氯化铁溶液蚀刻,再在氨基磺酸镍镀液里电镀,然后放在70℃的潮湿氮气(2.8%水、97.2%氮气)腐蚀,测定腐蚀放出的氢气量,以确定镀层的防腐蚀效果。结果表明,增加镍镀层厚度,产生的氢气量减少、腐蚀量降低,这主要是由于随着镀层厚度的增加镀层孔隙减少。为得到“无孔隙”镍镀层,厚度需大于75μm。他们通过对化学蚀刻与电化学蚀刻镀层的防护性对比发现,电化学蚀刻的25.4μm镍镀层很快就失效了,而化学蚀刻后镀的同一厚度镍镀层能在更长的时间内保护铀不受腐蚀。

    Dini等人认为,在一般温湿度条件下,铀上镀51μm厚的镍就足够了,但对更苛刻的环境(如海水、盐雾等),镀镍层的防护能力是短期的。他们在贫铀基体上镀不同厚度的镍,实验表明,要消去电镀层中的孔隙,100μm的厚度是必须的。随着镀层厚度的增加,尽管镀层的致密性得到了改善,但镀层内应力及吸氢量随厚度增加而增大,以致厚度的增加并没有使镀层的防腐蚀效果相应变好。

许多研究者发现在铀的蚀刻表面电镀镍能对铀起到抗腐蚀作用,改进预处理和在电镀液中添加湿润剂都会改善镀层性能。随着镀层厚度的增加,镀层孔隙减少,镀层能有效地隔离腐蚀介质。然而,镍镀层厚度至少需要镀100μm才能获得“没有孔隙”的镀层。普通镍镀层因孔隙的存在而导致其单独使用的局限性。氨基磺酸盐镀镍液由于镀层内应力小、结合力好,而在铀及铀合金的电镀方面得到广泛应用。

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