由于H2S分子中的硫原子也能提供电子对,因此,H2S分子被吸附后形成的活性点能够加速镁合金基体的溶解。正是这两种相反作用的竞争性结果,可以认为就是硫脲出现反常的临界浓度的原因。实验测得的空白以及含0.5g/L缓蚀剂的硝酸溶液中镁合金基体的极化曲线,如图1所示。极化曲线测试结果,如表1所示。从表1中可以看出:硫脲的加入使极化曲线向低电流密度和正电位方向移动。实验测量结束后观察,没有明显点蚀发生。这表明:硫脲分子已优先吸附在金属表面,对镁合金基体表现为缓蚀作用。
2.2 HNO3的体积浓度的影响
改变酸洗液中HNO3的体积浓度,配制出系列酸洗液,对镁合金材料进行酸洗。HNO3的体积浓度对镀层结合力的影响,如表2所示。试片经不同体积浓度的HNO3酸洗后所得浸锌层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的极化曲线,如图2所示。极化曲线测试结果,如表3所示。
从表2中可以看出:酸洗液中HNO3的体积浓度太高,会导致镁合金的溶解反应剧烈,酸洗后表面粗糙,镀层结合力差;体积浓度太低,则酸洗时间需加长,生产效率低。
由表3可以得知:随着HNO3的体积浓度的增加,试片浸锌层的腐蚀电流密度先是逐渐下降,在达到最小值后又逐渐上升,当HNO3的体积浓度为30mL/L时,浸锌层的耐蚀性较佳。综合分析选定酸洗液中HNO3的体积浓度为30mL/L。
2.3 酸洗时间的影响
图3是AZ91D镁合金基体在进行HNO3浸蚀时,电位随时间的变化曲线。电位变化经历了一个负向偏移、正向偏移到稳定的过程,对应着原有氧化膜的快速溶解、基体溶解到平衡的过程。酸洗时间对镀层结合力的影响,如表4所示。试片经不同酸洗时间下预处理后所得浸锌层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的极化曲线,如图4所示。极化曲线测试结果,如表5所示。
从图3可知:酸洗时间在10s之后,镁合金表面电位已基本达到稳定状态。
由表4可知:酸洗时间为20s时,镀层结合力较好。这是由于浸蚀不足会导致原有氧化膜去除不完全,影响镀层与基体的结合力;酸洗时间太长容易造成基体表面过腐蚀,影响镀层的质量。
从表5中也可以看出:随着酸洗时间的延长,试片浸锌层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀电流密度先是下降,在时间为20s处达到最小值后又逐渐上升。因此,选定酸洗时间为20s。
2.4 pH值的影响
pH值在酸洗工艺中起着很关键的作用,对镀层的质量影响很大。表6为酸洗液pH值对镀层结合力的影响。试片在不同pH值条件下酸洗后所得浸锌层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的极化曲线,如图5所示。极化曲线测试结果,如表7所示。
由表6可见:当pH值较低时,由于镁合金很活泼,容易对基体造成过腐蚀,且反应很快,操作不易控制;当pH值较高时,对基体表面的氧化物及其他金属杂质去除较缓慢,且有些可能无法彻底除去,造成无法镀铜或者结合力不好。
由表7可见:随pH值逐渐升高,试片浸锌层的腐蚀电流密度先下降,当pH值为2时达到最小值,浸锌层的耐蚀性最好,此后浸锌层的腐蚀电流密度又逐渐增加。因此,选定酸洗液的pH值为2。根据以上实验结果,确定镁合金酸洗液配方及工艺条件:
镁合金洗后所得浸锌层的耐蚀性最好;经50倍体视显微镜观察酸洗后镁合金表面平整光洁,且得到了良好的铜镀层。
3 结论
(1)采用HNO3,并加入缓蚀剂,可以取代铬酸,用于镁合金材料表面的酸洗,减少环境污染。(2)经实验确定的酸洗工艺,所得浸锌层的耐蚀性最佳,且镀铜层与基体结合力最好。
