镁锂合金化学复合镀Ni-P-Al2O3的研究

摘 要:本文采用化学复合镀技术，以化学稳定性好、高硬度及耐磨性好的α-Al2O3作为复合相，在镁锂合金表面进行化学复合镀处理。研究了不同的α-Al2O3添加量对复合镀层中粉含量、镀层、硬度及耐蚀性的影响。并对最佳工艺制备的复合镀层的形貌结构和性能进行详细研究。

关键词: 镁铝合金, 复合镀层,腐蚀性

中图分类号：TF704.2 文献标识码：A 文章编号：

作者简介：陆颖，女，1985 - ，山东省冶金设计院股份有限公司，助理工程师，从事冶金应用设计研究。

概述

镁及其合金：是工程应用中最轻的结构金属材料；比强度和比刚度高，优于铝合金和一些高强钢；良好的切削加工性和热成型性能，产品具有良好的外观和强烈的金属质感；优良的导热性能，作为电子设备的外壳使用时可较好的解决电子元件散热的问题；具有优良的吸振性能和阻尼性能，能承受较大的冲击，且无毒无污染，符合现阶段的环保要求，是开发新一代高科技材料的理想基体。

实验原料及工艺

2.1 实验原料

本文采用自制的镁锂合金为基体材料, 此合金化学组成为：Li 10%，Zn 1%，余量为Mg。

在实验过程中，为了保证实验的准确性和实验的可重复性，实验过程中所用的化学药品有硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸钠、乳酸、氟化氢氨、氟化氢、磷酸、硝酸、氟化钠、磷酸钠、氨水、Al2O3粉, 其等级均为分析纯。

2.2实验工艺

2.2.1 复合镀工艺参数的确定

（1）溶液的组成及其作用

化学镀镍液的主要成分是主盐（可溶性镍盐）、还原剂、缓冲剂、络合剂、稳定剂等。

综合考虑镍盐的沉积速率和工件成本，本实验采用硫酸镍作为主盐。镍离子与次磷酸盐浓度的最佳摩尔比约在0.4左右；还原剂是化学镀镍的主要成分，它能提供还原镍离子所需要的电子，在酸性镀液中采用的还原剂主要是次磷酸盐。在一定范围内镍沉积的反应速度与次磷酸盐的浓度成正比，综合考虑次磷酸盐浓度、反应沉积速率和镀层质量，本实验采用次磷酸钠作为还原剂，浓度为30g/L；随着反应的进行，氢离子逐渐产生，溶液的PH值不断降低，沉积速率也随之降低，所以应加入缓冲剂以维持镀液PH值。

（2）工艺条件的影响

1）PH值的影响：在酸性化学复合镀的过程中，随着PH值的上升，镍的沉积速度加快，镀层含磷量下降。因此，在生产过程中必须及时调整，维持镀液的PH值。本实验初定的PH值为6；2）温度的影响：温度是影响化学镀镍反应活化能的主要参数。温度过高镀液不稳定，容易分解；温度过低，反应不进行。本实验初定的温度为80±1℃。

实验分析

3.1 Al2O3装载量的影响

3.1.1 Al2O3装载量对镀层成分形貌的影响

在化学复合镀中，第二相颗粒在镀层中的实际复合量将直接影响镀层的性能。试验中选定1g/L、3g/L、5g/L、7g/L、10g/L Al2O3装载量的镀液进行施镀。当装载量为1g/L时 ,镀层中Al2O3含量很低。而当装载量增加至3g/L时，镀层中的复合量迅速升高，至5g/L时达到最大，此后，继续增加镀液装载量，镀层中Al2O3含量反而出现了降低。

3.1.2 Al2O3装载量对镀层硬度的影响

为了研究镀液装载量对镀层的性能的影响，首先对制备好的不同粉含量样品进行了显微硬度测试，相比于没有添加Al2O3粉的单纯镀镍而言，所有不同Al2O3装载量的复合镀层硬度均有不同程度的提高。而且，复合镀层的硬度随镀液装载量的增加也是先升高后平缓降低，在5g/L时达到最高值730HV。这个变化趋势与镀层复合量的情形一致，说明镀层的硬度主要受Al2O3粉末复合量的影响，镀液装载量决定着镀层中实际Al2O3粉复合量从而间接导致镀层硬度的变化。

3.2 性能检测

由以上的研究我们可以知道，镁锂合金化学复合镀Ni-P-Al2O3的最佳粉含量是5g/L。在5g/L时，镀层的耐蚀性耐磨性和各方面性能均达到最优。现我们就对最佳粉含量的镀层进行结构和性能的研究。

3.2.1 Ni-P-Al2O3复合镀层的沉积过程

图3.5为复合镀Ni-P-Al2O3过程中样品增重随时间变化曲线。可以看出，复合镀的动力学曲线分为两个明显不同的阶段。在施镀20min前，样品几乎未发生明显增重，沉积速率很小。说明此时处于孕育期阶段。此后样品增重随时间延长逐渐增大，沉积速率远高于孕育期，动力学遵从直线规律，说明此时处于自催化反应阶段，样品表面发生了快速沉积。

图3.5沉积速率曲线

3.2.2 Ni-P-Al2O3复合镀层的硬度研究

对镁锂合金基体、化学镀Ni-P和复合镀Ni-P- Al2O3试样分别采用410MVDTM数显显微维氏硬度计测试镀层的显微硬度，施加载荷为5g，加载时间为10s。每个样品至少测量5个点，取其平均值为最终结果。实验证明，基体的硬度为68HV,而化学镀镍的硬度达到了531HV，复合镀的硬度更是高达730HV。复合镀Ni-P-Al2O3的硬度值远远高于基体合金和化学镀Ni-P的硬度。综上分析，随着镀层中Al2O3粉含量的增加，弥散强化作用和结晶细化作用增强，两者综合作用，使复合镀层的显微硬度也随之增加。

5.结论

本论文在镁锂合金表面成功制备了高硬度、高耐磨性、且具有良好耐蚀性的Ni-P-Al2O3复合镀层，得出以下结论：

（1）Al2O3粉装载量影响镀层复合量及镀层的显微硬度。随着Al2O3装载量的增加，镀层复合量和显微硬度值均出现先增加而后缓慢降低的变化规律。而且，分别在装载量为5g/L时，达到最大值。Al2O3粉装载量对所制备复合镀层的耐蚀性能无明显影响。

（2）最佳Al2O3粉装载量所制备的复合镀层的沉积过程分为孕育期和自催化反应两个阶段。此Ni-P-Al2O3复合镀层呈现典型的非晶结构。涂层结构致密、Al2O3粉分布均匀，与基体结合力良好。其显微硬度和耐磨性能均优于单独化学镀Ni-P涂层。复合镀Ni-P-Al2O3涂层和单独化学镀Ni-P涂层均能明显改善镁锂合金的抗腐蚀能力，而且不和督促较单独化学镀层有更优异的耐蚀性。

参考文献

[1] 梁春林.Mg9Li合金表面化学镀镍的研究[D].沈阳：东北大学，2007，2-3.

[2] 渠毓萍.镁合金表面化学镀Ni-P层的制备及其耐蚀性的研究[D].太原：太原理工大学，2005，4-5.

[3] 曹文博.Mg-Xli-yAl基合金化学镀Ni-P的镀层特征及工艺研究[D].郑州：郑州大学，2004，1.