镁及镁合金表面化学镀Ni-P合金新工艺

镁及镁合金表面化学镀Ni 2P 合金新工艺

薛方勤,韩夏云,郭忠诚

(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093)

[摘　要]　通过多次试验确定了镁及镁合金的前处理方案,以磷酸洗的方法代替传统的铬酐加三氯化铁酸洗浸蚀的

前处理工艺,配置简单,操作方便,以浸锌层、氰化铜层和中性镍层作为化学镀中间层,得到了结合力良好的化学镀镍层,获得了镁合金表面处理的新突破。

[关键词]　镁及镁合金;前处理;磷酸;浸锌;化学镀Ni 2P 合金

[中图分类号]　T Q153.2 [文献标识码]　B [文章编号]　1001-1560(2002)09-0033-02

E lectroless Ni 2P Plating T echnology for Magnesium and Its Alloy

XUE F ang 2qin ,HAN Xia 2yun ,GU O Zhong 2cheng

(Faculty of Material and Metallurgical Engineering ,K unming University of Science and T echn ology ,K unming 650093,China )

Abstract :Optimal pretreatment conditions of electroless nickel plating for magnesium were decided by many ex 2periments.Phosphoric acid technology was used to instead of acid processing by chromium trioxide and ferric chloride ,and excellent coating was obtained by using dipped zinc ,cyanide copper ,nickel as medium.

K ey w ords :magnesium and its alloy ;pretreatment ;phosphoric acid ;zinc dipping ;electroless Ni 2P plating

[收稿日期]　2002-05-08

1　前　言

镁是工程材料中相对密度最小的金属,也是常用金属中化学稳定性最差的,不能象铝那样生成具有保护作用的氧化膜,所有这些都决定了镁的耐腐蚀性较差,在大多数介质中不稳定、不耐腐蚀。加上纯镁的强度较低,因此不宜作为结构材料。但是镁合金相对密度小,比强度、比钢度高,能承受较大的载荷,其比强度不仅高于高强度钢,而且高于铝合金,所以镁合金受到航空航天工业的青睐。但是,镁合金的耐腐蚀性比其他合金差,对其进行有效的保护具有非常重要的意义。

镁及镁合金表面处理方法有:化学氧化、电化学氧化、着色、铬酸盐转化膜层等。化学氧化法可获得0.5～3.0μm 的薄膜层。电化学氧化可获得10～40μm 的厚膜层。由于化学氧化膜薄而软,电化学氧化膜脆而多孔,故氧化处理法除用作装饰和中间保护工序外,很少单独使用。此外,为了提高镁合金的耐腐蚀性,一般在氧化后喷涂油漆、树脂及塑料等有机膜。

化学镀镍是近年来应用广泛的一种表面处理方法。化学镀镍层具有硬度高、耐磨性好、镀层致密、耐腐蚀性好及镀层厚度均匀等优点。但由于镁金属的不稳定性,获取镁及镁合金的化学镀镍层具有很大的难度。现有对镁及镁合金的保护多集中在电镀上,化学镀的方法不多,且前处理时一般采用铬酐和三氯化铁配合进行酸洗浸蚀,工艺条件不易掌握[1]。作者通过多次试验,获得了厚薄均匀、外观良好、耐腐蚀性好、无起泡脱皮且各种性能优

良的化学镀镍层。

2　试　验

2.1　试验材料

以镁及镁合金作为试验材料。

2.2　工艺流程

工艺流程为:试样→打磨→化学除油→水洗→酸洗→水洗→活化→水洗→浸锌→水洗→氰化镀铜打底→水洗→预镀中性镍→水洗→化学镀镍→水洗→钝化→干燥。

(1)除油　除油工艺条件为:氢氧化钠10～15g/L ,碳酸钠20～25g/L ,十二烷基硫酸钠0.5g/L ,温度75℃,时间2min 。对

于除油效果的检验,用肉眼观察,若整个基体表面亲水、无水珠及不浸润的地方,则除油合格。

(2)酸洗　经过多次反复试验,确定了以85%的磷酸在室温

下进行酸洗,时间以3～5min 最佳。

(3)活化　活化工艺条件为:磷酸(85%)20～60m L/L ,氟化

氢铵40～120g/L ,促进剂适量,温度室温,时间15s 。镁基体经过前几道工序处理后,在极短的时间里又会很快生成氧化膜或钝化膜,因此需要进行活化处理。

(4)浸锌　浸锌工艺条件为:硫酸锌20～60g/L ,络合剂80

～120g/L ,碳酸钠5g/L ,氟化钾3g/L ,pH 值10.2～10.4,温度

60℃,时间约5min 。良好的浸锌层能与镁基体及后续的镀铜层

结合良好,并能掩盖镁基体表面的缺陷,有助于获得结合力好的镀层。络合剂有助于获得结合力良好的浸锌层,能迅速与镁基体

第35卷　第9期　2002年9月

材　料　保　护

M ATERI A LS PROTECTI ON

V ol.35　N o.9Sep.2002　

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表面氧化膜和氢氧化物作用,溶解成溶于水的络合物。氟化钾可控制沉积速率,从而改善浸锌层的结构和致密程度。

(5)氰化镀铜打底　工艺条件为:氰化亚铜30～50g/L ,氰化

钠50～60g/L ,游离氰化钠7.5g/L ,酒石酸钾钠30～40g/L ,碳酸钠20～30g/L ,pH 值9.6～10.4,温度50～55℃,时间10～

15min ,电流密度1.0～1.5A/dm 2

。氰化镀铜虽然有毒,但是镀层

结晶细致,分散能力和覆盖能力好,因此适用于锌、镁等活泼金属的电镀打底。镀液中的氰化物还有除油和活化工件表面的作用,因此在一定程度上弥补了前处理的不足。镀铜时应先采用电流密度2～3A/dm 2冲击1～2min ,使工件表面均匀覆盖一层铜后再降至正常范围。

(6)预镀中性镍[2]　工艺条件为:硫酸镍120～140g/L ,柠檬

酸钠110～140g/L ,氯化钠10～15g/L ,硼酸20～25g/L ,硫酸钠

20～35g/L ,pH 值6.8～7.2,温度45～50℃,时间15～20min ,电

流密度1.0～1.5A/dm 2。氰化镀铜后预镀中性镍能起到加厚镀层,增强与后续化学镀的结合力。镀中性镍时同样应先以电流密度2～3A/dm 2冲击2～3min 。

(7)化学镀镍　工艺条件为:硫酸镍30～40g/L ,次亚磷酸钠20～30g/L ,络合剂50m L/L ,添加剂2g/L ,稳定剂适量,光亮剂1～2m L/L ,pH 值4.5～5.0,温度85～95℃,时间30～60min 。

3　镀层分析

3.1　显微硬度

采用HX 21型显微硬度计测定镀态硬度,载荷50g ,硬度平均值为475H V 。比镁合金基体的硬度45.6H V 大大提高。但是由于镀层较薄,因此在显微硬度计上加载荷时不易掌握,测出的硬度值一般是铜层和镍层的平均硬度,因此硬度值比Ni 2P 合金低。经过热处理后硬度值可提高到800H V 以上,并且热处理过程中镀层无起泡和脱皮现象。

3.2　显微厚度

同样采用HX 21型显微硬度计测定显微厚度,得到的是浸锌层、氰化镀铜层、化学镀镍层的总厚度,厚度平均值为22.8μm 。

3.3　表面形貌

采用AS M 2SX 型扫描电子显微镜分析镀层的断面形貌(如图所示)

。

图　镀层断面形貌的扫描电镜照片

由图可知,镀镍层、氰化镀铜层、浸锌层之间结合良好,尤其是浸锌层与镁基体的界面呈交错状态,表明浸锌层与镁基体结合良好,并为后续的铜层、中性镍层和化学镀层的良好结合力打下了基础。

3.4　结合力

采用弯曲试验和锉刀试验来测定镀层的结合力[3]。弯曲试验:将试样固定在台钳上,弯曲试样,观察断面形貌,镀层基本没有起泡、起皮的现象,表明镀层的结合性能良好。锉刀试验:将试样固定在台钳上,用粗齿的扁形锉刀锉其断面,锉刀与镀层表面成45°。结果镀层与基体均未出现剥离,表明镀层的结合力良好。

4　结　论

(1)试验确定了镁及镁合金的前处理工艺,以磷酸洗和化学

浸锌的方法代替传统的铬酐加三氯化铁浸蚀的方法,为后续的化学镀镍打好了基础,配置简单,操作方便,适合于工业生产。

(2)镁及镁合金工件一般均为压铸件,其表面是一层较为致

密的表层,下面为疏松多孔的结构。在前处理时,如果孔蚀全部暴露出来,将增大表面电镀铜层和镍层的难度,因此在镀前磨光时,如果不慎磨出大量气孔,则应全部除净。

(3)在镁及镁合金的前处理中,关键是酸洗和浸锌。试验比

较了多种酸洗方案,确定了以85%的磷酸洗的方法,不但效果良好,而且配置方便。浸锌溶液应保持足够的浓度和时间,否则氰化镀铜和中性镍易发生严重腐蚀。

(4)本工艺采用氰化镀铜和中性镍打底,铜层和镍层均应厚

一些,否则镀层下的微气孔易使化学镀镍层起泡、脱皮或者发生腐蚀,一般铜和镍层的厚度均应在7～8μm 以上[3]。

[

参考文献]

[1]　姜晓霞,沈　伟.化学镀理论及实践[M].北京:国防工业出版社,

2000.

[2]　郭忠诚,杨显万.化学镀镍原理及应用[M].昆明:云南科技出版社,

1998.

[3]　张允诚,胡如南,向　荣.电镀手册(上册,第二版)[M].北京:国防

工业出版社,1997.[责任编辑:王　宇]

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