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温度对酸性液电镀Zn-Ni合金质量的影响

2013/6/18      点击:
                   温度对酸性液电镀Zn-Ni合金质量的影响

                       陈艳芳,苌清华,陈锋,熊毅

     (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:利用能谱仪和扫描电镜研究了温度对酸性液电镀Zn-Ni合金镀层成分、形貌的影响,研究了30℃时 得到的合金镀层在w(NaCl)=5%溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,温度为30℃时,镀层中镍含量达到12.91%;镀 层颗粒均匀细小,无明显脱落起皮现象,质量最好;在w(NaCl)=5%溶液中有良好的耐蚀性。

    关键词:电沉积;锌镍合金;温度;耐蚀性

锌是两性金属,能与酸和碱作用,标准电极 电势是-0.76V,比铁负,对钢铁基体来说可起电 化学保护作用,是阳极性镀层。镍的标准电势 是-0.25V,比铁正,因而对钢铁不能起阳极保护 作用。合金镀层的电极电势随镍含量的变化而改 变,含镍7%~9%的锌镍合金耐蚀性是锌镀层的 3倍以上;含镍13%左右的锌镍合金是锌镀层的 5倍以上,具有最好的耐蚀性。由于锌镍合金具有 高耐蚀、低氢脆性、可焊性和可加工性等优良特 性,已引起人们的高度重视,其应用越来越广。锌 镍合金镀层的熔点较高,其耐高温性又好,适用 于汽车发动机零部件;氢脆性小,适合于高强钢 电镀,可作为良好的代镉镀层,多用于军品[1]。 本文在大量实验的基础上,发现温度对电镀 锌镍合金工艺有不同影响,并对各种温度的镀层 镍含量、镀层形貌进行了初步的研究。

1实验材料及方法

1.1实验材料和设备

实验材料:硫酸镍、氯化锌、氯化铵、硼酸、十 二烷基硫酸钠、氯化钠、香草醛、镍板、钢片。 实验仪器:EDAX能谱仪、JSM-5610LV扫描 电镜、电热恒温鼓风干燥箱、电子天平等。

1.2镀液组成与工艺条件

镀液配方:110 g/L NiSO4·H2O,70g/L ZnCl2, 200 g/L NH4Cl,30g/L硼酸,0.3g/L十二烷基硫酸钠, 0.3g/L香草醛。

工艺条件:pH=4,阴极电流密度2A/dm2,电镀 时间1h[2]。

1.3电镀工艺流程

电镀流程:预磨→水洗→碱洗→85℃热水洗 →冷水洗→酸洗(20%H2SO4)→水洗→称重→电 镀[2]。

1.4实验分组

在固定的阴极电流密度2A/dm2、pH=4、镀液 组成时,研究温度对镀层质量的影响。取出配置好 的溶液100mL,放入水浴锅保温。备好电极,连接 电路,开始电镀并观察记录试验现象。电镀时间为 1 h。然后依次检测温度为20、30、35、40和50℃时 的镀层质量。

2实验结果与讨论

2.1镀层含镍量

温度对镀层中Ni含量的影响见图1。可以看 出,当温度从20℃逐渐升高到50℃,镀层中镍含 量从11.95%增加到15.39%。这主要由于是随着 温度的变化,各种金属的交换电流也改变,金属 离子的扩散和迁移速度也发生变化。金属离子在 阴极扩散层中的浓度直接影响镀层中的合金成 分,当温度达50℃时,镀层中的镍含量达到15%以上,含镍13%左右的锌镍合金镀层耐蚀性、耐 高温性最好,所以温度应控制在30℃左右。

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2.2镀层形貌

运用JSM-5610LV观察不同温度下镀层的形 貌,结果见图2。可以看出,在20℃时镀层形貌较 好;在30℃和35℃时镀层质量最好,镀层致密均 匀,没有明显脱落现象;在40℃和45℃时镀层形貌不是很好。从SEM形貌来说应在30℃左右施镀。

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2.3耐蚀性

镀层在w(NaCl)=5%溶液中的耐腐蚀性能是 通过测量试样的腐蚀质量损失来衡量。本文主要 考察温度为30℃的合金镀层的耐蚀性,对比的是 纯锌镀层。将试样的四周用环氧树脂密封,留出 1 cm2的面积,再用酒精清洗后称重,然后将试样 垂直浸入w(NaCl)=5%溶液,在实验过程中每隔4 天换一次浸泡液,称重一次。若试样表面有红锈出 现,用镊子轻轻去除腐蚀产物,清洗、干燥后再称重[3]。实验结果见表1。可以看出,随着腐蚀的进 行,纯锌镀层出现明显的质量损失现象,且质量损 失在逐渐增加,而锌镍合金镀层出现质量增重现 象其原因主要是腐蚀产物粘在镀层上。

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3结论

(1)温度为30℃时,镀层中镍含量可以达 12.91%,得到良好的合金镀层。

(2)在温度低于30℃时镀层形貌一般,镀层 含镍量低,镀层形貌不好,温度为40℃和50℃ 时,镀层形貌不好,有明显的起皮现象,不好施 镀。温度为30℃时能够在钢基体上得到良好的镀层,此镀层在w(NaCl)=5%溶液中有良好的耐腐蚀 作用。

参考文献:

[1]屠振密,李宁,安茂忠,等.电镀合金实用技术[M].北京: 国防工业出版社,2007.75-80.

[2]陈艳芳,苌清华,宫方方,等.阴极电流密度对电镀Ni-W 合金的影响[J].热加工工艺,2009,38(14):

[3]肖作安.硫酸盐体系锌镍合金电沉积规律性的研究[D]. 广州:华中师范大学,2005.