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． 注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！ |
