A356合金化学镀Ni-P工艺及其性能研究.pdf

关键词：A356合金；耐蚀性；化学镀Ni-P；电镀

中图分类号：TQ153．2 文献标识码：A   文章编号：1002-6495(2007)05-0326-03

Al合金具有导电性好、散热性好、易于成形、价格低廉、比强度高和易于进行多种加工等特点，是轻合金中应用最广、用量最多的合金之一^[1]．除在建筑工业、包装工业上已取得巨大成功外，目前汽车上扩大用Al量已成为全球的潮流，而且Al由于比塑料、玻璃钢等材料更易于回收处理的特性，使其在当今推崇保护环境、净化人类生存空间的时代中，倍受绿色环保人士的青睐^[2]．在众多的Al合金品种中，Al—Si系的A356合金(美国牌号)具有热膨胀系数小、流动性和铸型填充性好等特点，并且通过添加少量的Cu、Mg、Ni等元素后具有很高的强度，正在成为研究和应用的热点．该合金被广泛用于汽车、摩托车、航空航天工业及家用电器等产品之中^[3]．尽管该合金抗大气腐蚀性能优良，但耐酸、碱和盐等的电化学腐蚀性能较差，而且还有硬度低、耐磨性差等弱点，严重阻碍了它的应用，故在一些场合需要采用表面处理技术来改进其耐蚀性能．通常用电镀、化学转化膜、涂料及涂装、高能束表面改性等技术可以防止或减缓Al合金的腐蚀．其中化学镀Ni具有耐蚀性和耐磨性优异、与基体结合力好、表面镀层均匀、硬度高等优点，已经成为很多金属及合金常用的表面防护方法^[4]，为了提高A356合金的防护性能，扩展其应用范围，本文主要研究了该合金的化学镀Ni—P层的耐蚀性能．

1实验方法

1．1化学镀Nj-P

实验用基体材料为A356合金，名义成分为(mass％)：6.5 ～7．6 Si，0.3 ～0.45 Mg，0．08 ～0．20 Ti，0．05 ～0．20 Fe，0.05～0．20 Cu，0.05～0.10 Mn，0.05～0.10 Zn，余量A1．将A356合金线切割成10 mm×20 mm×3 mm的试样若干，顶端打孔．用碳化硅水砂纸从400#依次打磨至1200 #，丙酮清洗，晾干后置于干燥器内待用．

化学镀Ni—P工艺流程为：试样准备—→除油—→水洗—→酸洗一水洗一活化一水洗一化学镀Ni—P—→水洗—→干燥—→成品．其中除油用无水乙醇+15 g／L NaOH+22．5 g／L Na₂CO₃·10 H：O，水洗用蒸馏水，酸洗用CrO₃(180 g／L)，活化用40％HF(375 ml／L)．

通过正交实验得出了A356直接化学镀Ni—P的最佳配方及工艺条件为：17 g／L～20 L醋酸镍，18 L～23 L次亚磷酸钠，5 g／L柠檬酸，20 L氟化氢氨，20 L～25 L乙酸钠，0．02 g／L碘酸钾，pH=6．0～6．5，温度为(85±2)℃ ，时间为1．5 h～2 h．

1．2电镀Ni后化学镀Ni-P

为了提高镀层的结合力，获得性能优异的化学镀Ni—P层，采用电镀Ni预处理工艺．A356合金电镀Ni工艺为(前处理工艺如前)：275 g／L硫酸镍，35g／L～38 g／L硼酸，4g／L～8 g／L  NaC1，温度为30℃～40℃ ，pH值为2．0～4．0，电流密度为0.5～1.2 A／dm²．随后的化学镀Ni-P工艺同A356合金直接化学镀Ni-P

2实验结果

2．1形貌分析

2．1．1化学镀Ni-P层形貌

利用SSX一550型扫描电子显微镜对化学镀Ni—P层的形貌进行观察(图1)．图1a是化学镀Ni—P层的表面形貌，为典型的“菜花状”，表面致密无缺陷．图1b是化学镀Ni—P层的截面形貌，镀层厚度均匀，约为30 μ,m，与基体结合良好，无贯穿性孔洞，为镀层的耐蚀性能提供了保证．通过能谱分析(图2)可知，镀层由Ni和P元素组成，其中Ni含量为91．50 mass％ ，P含量为8．50 mass％．Ni—P镀层结构取决于P含量，当P≥8mass％时，属于高P镀层，镀层结构为非晶态^[5,6]．因此，本实验得到的镀层为非晶结构．

2．1．2电镀Ni后化学镀Ni-P层形貌

 图3为A356合金电镀Ni后化学镀Ni—P层的表面形貌和截面形貌．与图1相比，A356合金电镀Ni后化学镀Ni—P的镀层表面质量要比基体直接化学镀Ni—P的好，因为是在具有自催化活性Ni表面进行化学镀Ni—P，更利于Ni—P的形成，因此镀层更加致密、细小^[7]．

能谱分析表明，镀层由Ni和P组成，其中Ni含量为：91．34 mass％ ，P含量为8．66 mass％ ，此镀层也应为非晶结构．与A356合金基体直接化学镀Ni—P相比，P含量有所提高，这也与在电镀Ni表面进行化学镀有关．

2．2性能测试

2．2．1盐雾实验

盐雾实验是在FDY／-03E型盐雾箱中进行的，试样成45。斜放在实验槽上．实验的温度为(350±20)℃，盐雾喷液为化学纯NaC1和去离水配置的5％NaC1水溶液，喷雾的方式为间断喷雾，即白天连续喷雾8h，间隔16h，每48 h为一周期，并检查试样，晚上停机用水封保温．实验结果见表1(表中实验时间是开始出现锈斑的时间)．

从表1可以看到，化学镀Ni—P的试样与Al合金基体相比，耐盐雾性能优异，对基体起到了很好的保护作用．A356合金电镀Ni后化学镀Ni—P耐盐雾腐蚀性能更好，这主要与涂层厚度有很大关系，电镀Ni层和化学镀Ni层均为保护性镀层，相当于对Al合金基体起到双重保护，使得合金的耐盐雾性能大大提高．

2．2．2极化曲线

采用PAR M352电化学测试系统进行极

化曲线的测量．图4为A356基体合金、化学镀Ni—P层在3．5mass％NaC1溶液中的动电位极化曲线．由图4可见，化学镀Ni—P处理后合金自腐蚀电位显著提高，在相同的极化电位下，样品的极化电流密度降低．电镀Ni上沉积Ni—P的样品，在阳极极化过程中发生明显的钝化现象．利用线性拟合得出的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度如表2所示

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