AZ91D镁合金表面化学转化处理及镀镍

本文以AZ91D合金为研究对象,对其进行直接化学镀镍、锡酸盐化学转化处理以及在形成锡酸盐化学转化膜的镁合金表面进行化学镀镍。通过扫描电子显微镜、盐雾实验、显微硬度测量等实验方法分析经化学转化处理及镀镍后镁合金的表面形貌、防腐能力以及镀层硬度。实验结果表明：转化

AZ91D镁合金表面化学转化处理及镀镍

徐洋，邱星武，任鑫

辽宁工程技术大学材料科学与工程系 辽宁阜新 (123000)

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摘 要：本文以AZ91D合金为研究对象，对其进行直接化学镀镍、锡酸盐化学转化处理以及在形成锡酸盐化学转化膜的镁合金表面进行化学镀镍。通过扫描电子显微镜、盐雾实验、显微硬度测量等实验方法分析经化学转化处理及镀镍后镁合金的表面形貌、防腐能力以及镀层硬度。实验结果表明：转化膜与基体结合良好;化学转化膜的存在可避免镀镍层失效后发生强烈的电偶腐蚀，增加镀层的耐腐蚀性能;转化膜上沉积的镍层镀镍层具有较高的显微硬度可以对镁合金基体起到良好的防护作用。

关键词：镁合金，耐腐蚀，化学转化膜，化学镀镍

中图分类号：TQ153.2

1．引言

化学镀镍是用还原剂（如亚磷酸钠）从水溶液中将镍离子还原为金属镍，并沉积到制件表明的一种方法[1]。沉积的镍对还原反应也起到催化作用，因而可以使还原反应自动维持下去，直到达到需要的厚度。零件取出，由于失去还原剂，反应就会停止。在化学镀镍过程中，还原剂也被还原，共同沉积到零件上，因此镀层为二元合金。控制工艺参数，还可以改变镀层合金元素磷的含量。

作为一种功能性镀层，镁合金上进行化学镀镍的应用前景非常光明，如通信卫星上使用的行波管的发射器、顶部收集器、基板等材料都是镁合金，它们要求施加耐蚀性、钎焊性良好，并且在高温条件下长时间不降解的化学镀镍层[2~3]。如果镁合金的化学镀镍能够满足这些使用要求，必将会有更为广阔的应用前景。根据目前的发展趋势，镁合金化学镀镍 研究必将随着镁合金的应用而日益受到重视。

镁合金的化学转化处理是指将工件浸入一定成分的溶液中，通过表层金属的自身转化生成某些氧化物或盐类使表面得以钝化[4]，除了提高耐腐蚀性能以外，转化膜也可以作为涂层的基底。目前的化学转化处理主要采用以锡酸盐、磷酸盐、高锰酸盐和重铬酸盐作为成膜剂；利用稀土盐溶液对镁合金进行化学处理也有报道。由于锡酸盐化学转化处理的工艺简单、成膜容易、膜层质量好、溶液无毒，所以其有着非常光明的应用前景。

本文主要针对镁合金耐腐蚀性能差的特点，选择目前汽车行业应用较多的AZ91D合金为研究对象，探索了镁合金的防护措施，主要从镁合金化学镀镍和化学转化处理两方面进行了研究。尝试了直接化学镀镍和锡酸盐转化膜上化学镀镍两种工艺，并比较其耐蚀性、显微硬度、表面形貌，以期获得一个较佳的工艺，这对于推广镁合金的产业化具有重大的意义和应用价值。

2．实验材料及实验方法

2.1 实验材料

本实验采用的基体材料是AZ91D铸造镁合金,成分为Al9wt%、Zn1wt%，余量为Mg。

2.2 直接化学镀镍

样品尺寸为10mm×10mm×3mm。用水磨砂纸从400grit依次打磨至1200grit，以保证其基底具有相同的表面粗糙度；然后在丙酮内清洗5min，备用。化学镀镍的前处理工序为：

本文以AZ91D合金为研究对象,对其进行直接化学镀镍、锡酸盐化学转化处理以及在形成锡酸盐化学转化膜的镁合金表面进行化学镀镍。通过扫描电子显微镜、盐雾实验、显微硬度测量等实验方法分析经化学转化处理及镀镍后镁合金的表面形貌、防腐能力以及镀层硬度。实验结果表明：转化

除油→碱洗→酸洗→活化→化学镀（各步之间水洗）。

除油的目的在于清除工件表面的污垢，溶液成分为丙酮，室温下除油10 min。对于除油效果的检验，采用肉眼观察，若整个基体表面亲水，无水珠及不浸润的地方，则认为除油合格。

水洗工序进行的好坏对于能否设计出一个好的工艺流程是很重要的，应避免在使用过的水洗液中重复漂洗的现象出现。本实验采用的水洗液是蒸馏水。

酸洗和活化采用ASTM B480-88[5]给出的方法，溶液成分和操作条件见表1。

表1 ASTM B480-88前处理溶液成分和操作条件

Table 1 Composition and operating conditions of ASTM B480-88 pretreatment

程序 成分 条件

碱洗 NaOH 15g/L 85-95℃

Na2CO3·10H2O 22.5g/L 10min 室温(20℃) 充分搅拌,10min 酸洗 CrO3 180g/L 室温(20℃) 充分搅拌,10min 活化 HF(40%) 385ml/L

经多次实验证明，前处理过程对后期化学镀镍的质量有较大的影响。如样品有划痕或不平整，则镀镍层会出现颜色较暗、斑纹、镀层不均匀等现象。因此，如果前处理不合格，化学镀镍的效果不理想。

直接化学镀镍的溶液成分和操作条件见表2。

表2 直接化学镀镍的溶液成分和操作条件

Table 2 Composition and operating conditions of direct electroless nickel plating 成分 用量 操作条件

Ni(CH3 22NaH2PO2·H2O 18-22g/L pH=6.5-7.0

KIO3 20mg/L 80-90℃ 恒温水浴

NH4HF 10-20g/L

NaCH3COO·3H2O 15-30g/L

C6H8O7 5-15g/L 90min

2.3 镁合金的化学转化膜及转化膜上镀镍

化学转化膜作为金属表面防护涂层的一种，已经成为一类专门的工艺技术，无论在理论基础还是实际应用上都有它独特的方面。化学转化膜是指材料在人为选定的介质中，由于热力学上的不稳定性，自发的从活性金属转化为相应的钝态化合物，而且表层金属的这种自身转化能够生成附着牢固、在水和给定介质中难溶的稳定化合物，这层化合物即化学转化膜。化学转化膜作为金属的防护层，其防护功能主要是依靠减低金属本身的化学活性、提高它在环境介质中的热力学稳定性和表面转化产物对环境介质的隔离作用。一般来说，化学转化膜的防护功效主要取决于以下四个因素：(a) 受转化金属的本性；(b) 化学转化膜的类型、成分和结构；(c) 转化膜与基体的结合强度和空隙率；(d) 材料的工作环境。同其它的防护涂层相比，化学转化膜的防护功效不是十分显著，往往不足以使金属得到有效的防护，因此，

本文以AZ91D合金为研究对象,对其进行直接化学镀镍、锡酸盐化学转化处理以及在形成锡酸盐化学转化膜的镁合金表面进行化学镀镍。通过扫描电子显微镜、盐雾实验、显微硬度测量等实验方法分析经化学转化处理及镀镍后镁合金的表面形貌、防腐能力以及镀层硬度。实验结果表明：转化

金属在化学转化处理之后，通常都需要补以其它的防护措施。镁合金的化学转化主要包括铬酸盐转化、磷酸盐转化、高锰酸盐转化、稀土盐溶液的转化和锡酸盐转化等[6]，由于受转化膜本身多孔的结构和镁合金自身活性的限制，化学转化膜自身很难对其起到理想的防护作用，但其多孔的结构可作为金属镀层的底层，提高镀层与基体的结合强度。如果能将镁合金的化学转化膜和化学镀镍二者很好的结合，不但可以解决化学 …… 此处隐藏：2497字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……