镁合金化学镀镍的研究现状及发展趋势
姚 妍1， 姜 枫2
(1.天津航天长征火箭制造有限公司，天津300462;2.首都航天机械公司，北京100076)
摘要： 镁合金的腐蚀问题已经成为制约其诸多性能发展的关键因素，提高镁合金的耐蚀性势在必行。综述了化学镀镍的基本原理，简要介绍了镁合金化学镀镍工艺的研究现状，同时概述了镁合金化学镀镍的发展趋势。
关键词： 镁合金;化学镀镍;耐蚀性
中图分类号：TQ 153 文献标识码：A 文章编号：1000-4742(2014)01-0004-03
0 前言
镁合金是结构材料中最轻的金属，具有很高的比强度、比刚度、比弹性模量及良好的抗冲击性、可焊接性、尺寸稳定性[1-2]，并以其优良的导热性、可回收性、抗电磁干扰等特点，被誉为21世纪的“时代金属”[3-5]。这些特性使得镁合金被广泛应用于汽车工业、航空航天、电子通讯等领域。
然而，镁合金也是结构材料中最活泼的金属之一，其标准电极电位为-2.37V。另外，由于MgO与Mg的密度比为0.81，故在自然状态下镁的氧化膜疏松多孔，对镁基体没有保护作用。镁合金的腐蚀问题已成为制约其诸多性能发展的关键因素，提高镁合金的耐蚀性势在必行。
镁合金的表面处理技术是目前研究得最多的一种效果好、适应性强的防腐蚀手段。现阶段的表面处理方法主要分为表面改性和表面涂镀层两大类[6-8]，具体包括阳极氧化处理、化学转化处理、有机涂层、气相沉积、激光表面改性及电镀和化学镀金属层等[9-12]。与其他处理方法相比，化学镀镍能够在基体表面获得厚度均匀、耐蚀性好、硬度高、光洁平整的镀层，且制备方法简单、投资成本低。另外，通过添加第二相微粒，还能够获得具有极佳耐磨性的复合镀层。基于此，化学镀已成为镁合金重要的表面处理方法之一[13-15]。本文概述了化学镀镍的基本原理，简要介绍了镁合金化学镀镍工艺的研究现状，并展望了镁合金化学镀镍的发展趋势。
1 化学镀镍的基本原理
化学镀是一个异相催化的氧化还原过程，包括金属离子的阴极沉积和还原剂的阳极氧化，是在具有催化活性的金属表面同时进行多个电极反应过程的共轭体系[16]。关于化学镀镍-磷合金的反应机制有很多种看法，其中Cutzeit C的催化理论为大多数人所接受[17-20]。该理论具体包括：(1)镀液加热后，次磷酸根在催化金属的催化作用下脱氢而形成亚磷酸根，同时放出初生态原子氢;(2)初生态原子氢被吸附在催化金属表面，将镀液中的镍离子还原，在催化金属表面沉积形成金属镀层;(3)催化金属表面的初生态原子氢使次磷酸根还原成磷，同时由于催化作用使次磷酸根分解，形成亚磷酸和分子态的氢;(4)镍原子和磷原子发生共沉积，进而形成镍-磷合金镀层。
化学镀镍是在无电源条件下用还原剂(如次磷酸钠)从化学镀液中将镍离子催化还原为金属镍，并沉积到零件表面。沉积在零件上的镍对化学镀反应也具有催化作用，一旦反应开始，该反应就会持续进行下去，直至镀层达到所需厚度为止。
2 镁合金化学镀镍工艺的研究进展
2.1 前处理工艺
镁合金在化学镀之前必须进行严格有效的前处理，以除去基体表面的油脂、污垢和氧化层[20]，并使基体表面生成一层保护膜，同时还应确保处理后的基材对化学镀有一定的催化作用。前处理是镁合金化学镀镍工艺中的关键步骤。在基本的施镀条件下，前处理工艺的好坏决定了化学镀反应能否在镁合金表面以合理的速率发生，也决定了化学镀层与镁合金基体间结合力的好坏。
近来，不少学者对镁合金直接化学镀镍的前处理工艺进行改进优化，并取得了不错的效果。王建泳等[21]介绍了一种一步酸洗活化工艺，能够在简化操作工艺的同时提高化学镀镍层与基体间的结合力。其工艺配方为：H3BO330g/L，NH4HF240g/L，H3PO4(w=85%)60mL/L，25s。周婉秋等[22]采用“两步”电镀锌作为化学镀镍层与基体的中间层，能够提高镀层与基体间的结合力，并改善镀层的耐电偶腐蚀性能。王福会等[23]采用锡酸盐转化膜作为镀层与基体的中间层，再经SnCl2敏化、PdCl2活化和还原剂还原后进行化学镀镍。所得镀层的阳极极化曲线具有明显的钝化区间，表明其具有良好的耐蚀性。Wang X J等[24]则开发了一种以磷酸盐和高锰酸盐为主的环保型一步酸洗活化工艺，处理后在镁合金表面形成了一层均匀、细致的磷酸盐转化膜，经化学镀镍后镀层的致密性和结合力均得到了明显的改善。
