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化学镀Ni-Fe-P工艺的研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-19  浏览次数:765

化学镀Ni-Fe-P工艺的研究

李伟臣

(辽宁省产品质量监督检验院化工油品室,辽宁沈阳110032)

摘要:考察了镀液中FeS04的质量浓度对合金镀层沉积速率的影响,并通过金相显微镜对镀层表面形貌进行观察;采用硬度计和实验室浸泡方法分别考察了镀层的显微硬度和耐蚀性。结果表明:当镀液中FeS04的质量浓度小于2.0 g/L时,镀层的沉积速率虽然降低,但镀层的表面更加均匀、致密,表面质量更好,镀层的显微硬度和耐蚀性也得到提高;当镀液中FeS04的质量浓度大于5.O g/L以后,镀层的沉积速率最低,表面质量变差,镀层的显微硬度和耐蚀性均下降。

关键词:化学镀;硫酸亚铁;显微硬度;耐蚀性

中圈分类号:TQ 153    文献标识码:A    文章编号:1000-4742(2011)02-0020-02

0前言

Ni-P化学镀层由于具有良好的硬度和耐蚀性,在机械、电子、石油、化工等多个领域都得到了广泛应用[1]。但随着工业化进程的不断发展,对设备的使用环境要求也越来越严格,这对Ni-P镀层也提出了更高的要求。为了满足这种日益增长的需求,三元甚至多元合金是提高镀层性能的良好方法之一。本文在Ni-P镀液的基础上加入了FeS04,研究了制备Ni-Fe-P三元合金镀层的工艺,分别考查了镀层的表面质量、显微硬度和耐蚀性能,以期进一步扩展镍镀层的应用范围。

1实验

1.1实验工艺及设备

以Q 23s钢为基体材料进行化学沉积。

工艺流程:打磨试样→丙酮擦拭除脂→碱洗除油→水洗→稀硫酸活化→水洗→化学镀镍→水洗→吹干→检测。

化学镀镍液主要成分:硫酸镍20 g/L,次磷酸钠20 g/L,乙酸钠18 g/L,柠檬酸钠25 g/L,pH值5.0,(88±1)℃,1h,镀液中添加FeS041.O~5.0 g/L。实验中采用氨水或稀硫酸调节镀液pH值。   

采用pHS-25型酸度计测定镀液pH值;采用 HH-4型数显恒温水浴锅控制镀液温度。

1.2镀层性能测试

按照公式V=ΔW×l04/(P·S·t)计算Ni-P合金镀层的沉积速率。式中:V为Ni-P合金镀层的沉积速率,μm.h-1; ΔW为施镀前后试样的质量差,g;P为Ni-P镀层的密度,g·cm-3,计算时取7. 80 g·cm-3;S为试样表面积,cm2;t为沉积时间,h。

采用金相显微镜对镀层表面形貌进行观察;采用HXD-1000 TMS型显微硬度计测试镀层显微硬度;在室温下将镀层浸泡在质量分数为3.5%的 NaCl溶液中2天,然后计算镀层各自的腐蚀速率(mg·cm-2·h-l)。

2  结果与讨论

2.1 FeS04对镀层沉积速率的影响

图1  FeS04对镀层沉积速率的影响

图l为Ni-P镀液中加入不同质量浓度的 FeS04后所得合金镀层的沉积速率曲线。由图1可知:当镀液中FeS04的质量浓度低于2.0 g/L时,沉积速率在10 μm/h以上;当FeS04的质量浓度超过2.0 g/L以后,镀层的沉积速率开始下降;当达到5.0 g/L时,镀层的沉积速率已降到2.76 μm/h。因此,从镀层沉积速率方面来说,镀液中FeSO4的质量浓度应不超过2.O g/L。

2.2 FeS04对镀层表面形貌的影响

图2为FeS04对镀层表面形貌的影响。由图2可知:当镀液中加入2.0 g/L的FeS04以后,镀层表面变得更加平整、致密,缺陷数量明显减少;而当镀液中FeS04的质量浓度增加到5.O g/L时,镀层表面看不到明显的胞状物,表面缺陷数量明显增加。因此,从镀层表面形貌上可以看出,镀液中FeS04的质量浓度不能太高。

图2  FeS04对镀层表面形貌的影响

2.3 FeS04对镀层显微硬度的影响

图3为FeS04对镀层显微硬度的影响。由图3可知:当FeS04的质量浓度增加到2.0 g/L时,镀层的显微硬度也有所增加。这主要是因为此时镀层的晶粒尺寸较小,镀层更加致密,从而改善了镀层的硬度;而当FeS04的质量浓度增加到5.0 g/L时,镀层的显微硬度反而下降得非常明显。这主要是因为此时镀层缺陷数量较多,漏镀严重,从而影响镀层的硬度。

图3  FeS04对镀层显微硬度的影响

2.4 FeS04对镀层耐蚀性的影响

图4为镀液中FeS04的质量浓度不同时所得镀层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡2天后的腐蚀速率曲线。由图4可知:当镀液中FeS04的质量浓度低于2.0 g/L时,随着FeS04的质量浓度的增加,腐蚀速率逐渐降低;而当镀液中加入5.O g/L的FeSO4时,镀层的腐蚀速率最大。这主要是因为此时镀层的表面质量最差,导致腐蚀介质很容易渗透入镀层到达基体表面从而加速了腐蚀。

图4  FeS04对镀层腐蚀速率的影响

3结论

镀液中添加适量的硫酸亚铁(≤2.0 g/L),虽然降低了镀层的沉积速率,但可以改善Ni-P镀层的表面形貌、显微硬度和耐蚀性能。但当镀液中硫酸亚铁的质量浓度≥5.0g/L以后,镀层的表面质量明显变差,耐蚀性能和显微硬度都明显下降。

参考文献:

[1]黎德育,黄久贵,武刚,等,化学镀镍和镍/金在微电子领域中的应用及展望[J].电镀与环保,2003,23(4):7-9.

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