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SiC含量对铝合金表面电镀Ni-SiC的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-19  浏览次数:694

    陈艳芳1,2,关鹏娜1,吴继龙1,林亚威1,熊毅2

(1.河南科技大学材料学院,河南洛阳471003;2.河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室,河南洛阳471003)

摘要:试验研究了SiC浓度对铝合金表面电镀Ni-SiC的影响,着重探讨不同SiC浓度对镀速和镀层形貌、成分及耐腐蚀性的影响,并得出SiC的最佳浓度。研究结果表明,当SiC的浓度为80g/L时镀速最大,而且镀层均匀、紧凑、细密、耐腐蚀性良好。

关键词:铝合金;电镀镍;SiC

中图分类号:TG146.21;TQ153文献标识码:A文章编号:1007-7235(2011)06-0047-05

铝在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。铝的产量在金属中仅次于钢铁的。至19世纪末,铝才崭露头角,成为在工程应用中具有竞争力的金属。铝合金的加工性能好,表面经抛光后具有良好的光反应能力。因此,在飞机、汽车、电器、仪表、日用品等领域,铝合金获得广泛的应用[1]。然而铝合金也存在缺点,主要是耐腐蚀性差,并且还有产生晶间腐蚀的倾向,这是一种最危险的腐蚀破坏。通过表面处理的途径,即氧化或电镀可以提高铝合金的耐蚀性,从而提高其使用性能[2]。本试验主要采用电镀的方法对铝合金进行表面处理,研究SiC粒子浓度对铝合金表面电镀Ni-SiC的影响。研究不同的SiC浓度对铝合金的镀速、镀层形貌、成分及耐腐蚀性的影响,从而确定最佳的SiC浓度。

1·试验方法

1.1试验材料

试验选择ZLl08铝合金,其化学成分见表1,样品尺寸为100 mm×50 mm×1 mm。

1.2试验设备

附带能谱仪的JSM-5610LV扫描电子显微镜、上海辰华CHI660C电化学工作站、WYJ-3B型晶体管直流双路稳压电源,100 mA直流电,WSZ-133-65型电热恒温水浴,电磁搅拌器等。

1.3试验过程

工艺流程:试件抛光→除油→碱洗→酸洗→除光→浸锌→电镀Ni-SiC。

(1)抛光:对加工试件表面研磨并机械抛光,得到表面平整的试件。

(2)除油:用NaOH+Na2CO3+Na3 PO4·12H2 O溶液加热清洗试件,以去除试件表面的油污。

(3)碱洗:用浓NaOH溶液加热清洗试件表面,去除铝合金表面的氧化皮。

(4)酸洗:采用w(H2SO4)=98%的浓H2SO4加热浸蚀试件,去除试件表面有害金属成分。

(5)除光:室温下用HNO3或HF混合溶液浸蚀试件,去除试件表面上的残渣。

(6)浸锌:能除掉表面上的氧化膜,同时置换出一薄层致密而附着力良好的锌层。通常预浸锌得到的锌层粗糙多孔,结合力不好,为了进一步提高基体与镀层的结合力,常采用再次浸锌,这样得到的锌层比较平滑致密[3]。

1.4测试方法

1.4.1沉积速度的测定

采用称重法测定镀层的沉积速度,镀速计算公式[4]:

式中:

ν—镀层沉积速度,μm/h;

m1—试样镀后质量,g;

m2—试样镀前质量,g;

s—试样镀覆表面的面积,cm2;

ρ—Ni-SiC合金镀层密度,g/cm3;

h—施镀时间,h。

1.4.2镀层微观形貌及组织成分分析

采用附带能谱仪的JSM-5610LV扫描电子显微镜观察试样镀层表面的形貌和测定成分。

1.4.3镀层的耐蚀性测试

用CHI660C电化学工作站测定极化曲线,试验环境为室温,w(NaCl)=3.5%的NaCl溶液,pH=6.8,采用三电极两回路体系,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为石墨电极,工作电极为试样,工作面积为10 mm×10 mm,其余部分使用密封胶绝缘密封。

2·试验结果与分析

2.1 SiC浓度对镀速的影响

由图1可见SiC浓度对镀速影响很大,SiC浓度低于80g/L后,镀速随SiC用量的增加而增加,高于80g/L时,镀速随SiC浓度的增加而减少。随着镀液中SiC添加量的增多,通过搅拌被输送到阴极表面的SiC数量就会增多,微粒被嵌入镀层的机会就会增大。因此,在初期镀速随SiC浓度的增加而变大。随着SiC浓度的增加,SiC颗粒在阴极周围的数量超越了基体金属的还原速率,大量的SiC颗粒不能被足够的金属所包裹,使得它们的结合力下降,镀速下降[5]。

2.2 SiC浓度对镀层形貌的影响

运用JSM-5610LV型扫描电镜观察不同SiC浓度的镀层形貌,见图2。

由图2可知,铝合金试样施镀后不同SiC浓度下试样的镀层是很多细的颗粒。结果表明,当ρ(SiC)=80 g/L时,镀层表面颗粒较其他浓度最小、最均匀,颗粒之间结合最紧密,镀层质量最好。一般情况下,镀液中SiC微粒浓度越大,微粒悬浮量越高,在单位时间内通过搅拌输送到电极表面的微粒数量也越多,微粒进入复合镀层的机会也就越多,形成的镀层也就越致密,但微粒增加过多,趋势越缓,直到不再增加[6]。

2.3 SiC浓度对镀层Si含量的影响

由图3可以看出,在铝基体表面通过电沉积获得的Ni-SiC复合镀层中其Si含量随镀液SiC浓度增加而增加,这主要是溶液中SiC的增多增加了Si通过搅拌扩散到阴极表面的机会,增大了Si沉积到镀层中的可能性。

2.4耐腐蚀性分析

运用CHI660C型电化学工作站分析测试动电位极化曲线,试样极化曲线见图4。

采用镀层的极化曲线来分析镀层耐腐蚀能力,铝合金基体的腐蚀电位为-0.76V,曲线a、b、c、d、e的自腐蚀电位随着SiC含量的增加而增加,达到一定之后又随着SiC含量的增加而降低。本试验中曲线a的自腐蚀电位最大,工艺中此时的SiC浓度为80g/L,镀层的耐腐蚀最好,这是因为SiC含量的变化会导致镀层内部组织结构发生变化而引起的。

3·结论

对铝合金表面电镀Ni-SiC的试验研究表明:

(1)SiC浓度对镀速影响很大,当ρ(SiC)=80g/L时,镀速最大。

(2)当ρ(SiC)=80 g/L时,镀层表面颗粒最均匀,颗粒之间结合最紧密,镀层质量最好。

(3)在铝基体表面通过电沉积获得的Ni-SiC复合镀层中其Si含量随镀液SiC浓度增加而增加。

(4)对铝合金化学镀Ni-SiC进行了耐腐蚀性检测,当ρ(SiC)为80 g/L,镀层的耐腐蚀电位最大,这表示此浓度下,镀层耐腐蚀能力最好。

参考文献:

[1]冯立明,王玥,孙华,等.电镀工艺与设备[M].北京:化学工业出版社,2005:242-243.

[2]张宏祥,王为.电镀工艺学[M].天津:天津科学技术出版社,2002:304-305.

[3]冯立明,王玥,孙华.电镀工艺与技术[M].北京:化学工业出版社,2005:85-86

[4]高加强,刘磊,沈彬,等.超细SiC对Ni-P化学合金镀层组织结构的影响[J].机械工程材料,2006,30(7):31.

[5]林志平.镍基功能陶瓷镀层的制备、性能及添加剂影响机制的研究[D].合肥:合肥工业大学,2009:20-25.

[6]吴向清,谢发勤.镍-碳化硅复合共沉积的研究[J].电镀与涂饰,2002,21(2):6-9.

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