[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計精品] 化學(xué)鍍鎳工藝研究

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　鋁合金表面化學(xué)鍍鎳層因具有諸多的優(yōu)良性能及特性而在電子工業(yè)、石油化工、機(jī)械、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加[1-4]。如何優(yōu)化工藝、提高鍍鎳質(zhì)量、分析鍍層性能日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在鋁合金上直接化學(xué)鍍鎳的難度較大,特別是在大面積施鍍的情況下,經(jīng)常會出現(xiàn)起泡、鍍層脫落等缺陷。一般采用二次浸鋅工藝進(jìn)行預(yù)處理,可獲得最外層為鎳的鍍層[5-

2、8]。</p><p>　　本文運(yùn)用了預(yù)處理為二次浸鋅的化學(xué)鍍鎳工藝方法在鋁合金表面沉積一層平整、結(jié)合力良好的鎳層，進(jìn)而通過熱處理對其鍍層進(jìn)行強(qiáng)化處理和擴(kuò)散作用，然后運(yùn)用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及X射線能譜等方法，對化學(xué)鍍鎳層的微觀組織及轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究。用HVS-1000顯微維氏硬度機(jī)對鍍層硬度和熱處理后的硬度值進(jìn)行了測試；在環(huán)塊摩擦磨損試驗機(jī)上進(jìn)行了材料的耐磨性能測試，深入分析了化學(xué)鍍鎳層對基體整體性能的作用及其機(jī)

3、理；在試樣上進(jìn)行劃痕實驗，并記錄分析了各種試樣的劃痕數(shù)據(jù)；利用掃描電子顯微鏡觀察進(jìn)一步分析了鍍層和基體結(jié)合情況，并且用能譜分析不同鍍層的成分；利用極化曲線實驗，對不同熱處理情況下的鍍層進(jìn)行了耐腐蝕性能測試。</p><p>　　通過對鋁合金化學(xué)鍍鎳層的性能測試，并分析其原理和數(shù)據(jù)得出結(jié)論：在鋁合金基體上，通過二次浸鋅的預(yù)處理方法獲得的鍍鎳層表面均勻、光亮、平整、結(jié)合力良好等。而鍍后的熱處理更是明顯提高了鍍層的硬度

4、、耐腐蝕性、耐摩擦性和結(jié)合力等，特別是在400℃保溫1小時后的鍍鎳層表現(xiàn)為最優(yōu)。當(dāng)然，在實驗過程中需要特別要注意各個步驟的緊湊性，以免基體暴露在空氣中的時間過長而發(fā)生氧化。最后根據(jù)實驗結(jié)論，總結(jié)出了鋁合金化學(xué)鍍鎳層的優(yōu)良性能和需要改進(jìn)的地方，以此肯定了鋁合金化學(xué)鍍鎳的實用性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鍍鎳層；性能；結(jié)合力；耐磨性；極化曲線</p><p><b>　　Abst

5、ract</b></p><p>　　Surface nickel-plated aluminum alloy The Factor has many excellent properties and characteristics of the electronic industry, petrochemical industry, machinery, aerospace and other fi

6、elds continue to increase, how to optimize processes, improve the quality of nickel plating, coating performance is becoming increasingly of concern to the people hot. Directly in the aluminum alloy of nickel plating dif

7、ficult, especially in the large case of plating, often blistering, defects such as coating off. G</p><p>　　In this paper, the pretreatment of zinc for the second dip method of electroless nickel plating on t

8、he surface of the aluminum deposition layer formation, good adhesion of nickel layer and move to adoption of its coating are hardening heat treatment and diffusion, and the use of optical microscope, scanning electron mi

9、croscope and X-ray spectroscopy method, electroless nickel layer on the microstructure and transformation have been studied. With the HVS-1000 micro Vickers hardness machine hardne</p><p>　　Electroless nicke

10、l plating on aluminum alloy layer performance testing, and analysis of the theory and data concluded that: in the aluminum alloy substrate, by the pretreatment of secondary zinc nickel coating obtained by means of the su

11、rface of uniform, bright, flat light good and so force. The heat treatment after plating is significantly increased the hardness, corrosion resistance, abrasion resistance and adhesion, etc., especially in the heat 400℃

12、1 hour after the nickel plating was the bes</p><p>　　Key words: Nickel layer; Performance; Bonding; Wear resistance; Polarization curve</p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b

13、>　　1．1 鋁合金概述</b></p><p>　　鋁質(zhì)材料是一類用量僅次于鋼鐵的重要的金屬材料，在現(xiàn)代工業(yè)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是隨著航空航天和電子等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為了適應(yīng)高強(qiáng)度、耐腐蝕和輕量化等要求，鋁質(zhì)材料更是倍受青睞[9]。</p><p>　　鋁合金(包括鋁基復(fù)合材料)由于具有密度小、熱膨脹系數(shù)低、比剛度和比強(qiáng)度高等諸多優(yōu)異性能，在光學(xué)精密儀器、

14、慣性器件、發(fā)動機(jī)活塞、直升機(jī)起落架、導(dǎo)彈殼體、導(dǎo)彈鑲嵌結(jié)構(gòu)、汽車車身、機(jī)車車廂和航空航天器結(jié)構(gòu)等方面取得了成功應(yīng)用。與歐、美、日等發(fā)達(dá)國家相比，我國鋁合金制品、應(yīng)用及消費(fèi)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，在鋁合金應(yīng)用水平上也存在較大的差距。發(fā)展鋁合金制造產(chǎn)業(yè)，開發(fā)新型高性能鋁合金材料，新型耐熱、耐磨、高比強(qiáng)、高比模、高韌性鋁合金，以及纖維增強(qiáng)和顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料等，都是我國國防工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)急需的新材料發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。</p>

15、<p>　　但同時也存在耐磨性差，硬度低等缺陷，致使它們的表面特性難以滿足某些特殊的應(yīng)用。為了改善其表面耐磨、耐腐蝕、焊接等性能，在鋁合金表面化學(xué)鍍鎳是提高鋁合金綜合性能的一種有效方法，不但可以有效提高鋁合金表面的硬度、耐磨和耐蝕性，還可以改善鋁合金表面的某些工藝性能，如釬焊性、可拋光性等[10]。但是鋁合金在空氣中易形成致密的氧化膜，造成在表面進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍困難。為了能使電鍍或化學(xué)鍍順利進(jìn)行，須對鋁合金表面預(yù)先處理，處理的

16、方法有多孔陽極氧化法，錫酸鹽鍍錫法，酸性氟化物浸鍍鋅法和堿性鋅酸鹽浸鍍鋅法（鋅酸鹽法）等[11]。</p><p>　　很久以來，鋁合金一直作為輕合金的典型代表，是近年來市售的汽車中減重時所用的主要材料，即使在發(fā)動機(jī)以外的部位用得也很多[12]。車架部件開始采用鋁合金材料制造已經(jīng)是很早以前的事了，不久前，車門和汽車后貨艙蓋也開始利用輕合金材料制造了。在這種情況下，Alcan公司計劃到2005年時將其汽車車架用鋁臺

17、金板材的銷量收入翻三番。據(jù)KGP的調(diào)查，僅歐洲的汽車生產(chǎn)廠家一年就消耗了150萬噸以上的鋁合金材料，其中大約24．8萬噸用于車身制造，大約80萬噸用于制造汽車傳動系，另有42．8萬噸用于制造汽車行駛機(jī)構(gòu)和懸掛機(jī)構(gòu)。越來越多的人認(rèn)為：在汽車制造領(lǐng)域中，鋁合金材料的消耗量將會有進(jìn)一步的增加，其中車身制造用鋁合金材料的增加將是鋁合金材料生產(chǎn)廠商加大生產(chǎn)力度的重點(diǎn)。</p><p>　　據(jù)KGP公司的預(yù)計：到2006年時

18、，用于制造汽車車身的鋁合金材料的用量將會超過46．6萬噸，整個汽車工業(yè)用于車身制造的鋁合金總需求量預(yù)計會達(dá)到205萬噸。目前，Mercedes-Benz SL轎車、新型7系列BMW轎車以及Audi A2和A8轎車都已采用鋁合金材料制造車身，其中中、小批量的鋁合金材料采購、生產(chǎn)占大多數(shù)。新型E級轎車的鋁合金零部件用量較大，其鋁合金部件大約每年300000件，新型Opel Vectra轎車鋁合金部件大約為420000件(從2004年起，將在

19、Sigum和Komn 兩種車型中也引入鋁合金零部件)[13]。據(jù)瑞士鋁協(xié)會的統(tǒng)計，2001年，整個歐洲汽車工業(yè)的鋁材料使用量達(dá)到約100萬t。大致占該地區(qū)鋁材料總需求的四分之一。由此可見，汽車制造已成為該地區(qū)最重要的鋁材料消費(fèi)大戶?，F(xiàn)今，該地區(qū)每輛汽車的鋁材料使用量平均為l00kg，至2015年，將大幅度增加到200kg，即增長l倍，每年平均增長6％左右。該協(xié)會認(rèn)為，鋁合金材料在汽車制造中越來越多，獲得應(yīng)用的主要原因有兩個：一是社會對汽

20、車節(jié)能和減少排放提出越來越高的要求；二是現(xiàn)代鋁材料固有的優(yōu)點(diǎn)，即隨著科技進(jìn)步，這種材料</p><p>　　然而，作為摩擦學(xué)材料，鋁質(zhì)材料的嚴(yán)重弱點(diǎn)是質(zhì)軟、摩擦系數(shù)高、磨損大、客易拉傷且難以潤滑等。這樣，當(dāng)鋁質(zhì)材料制造的工業(yè)制品遭受摩擦學(xué)負(fù)荷的作用過程往往會造成制品的磨損。磨損逐漸積累到臨界狀態(tài)時，制品將產(chǎn)生損壞，并同時伴隨著制品技術(shù)功能的喪失，因此而造成國民經(jīng)濟(jì)巨大的損失。鋁質(zhì)材料工業(yè)制品的可靠性及使用壽命受到

21、磨損率的顯著影響。因此，降低磨損率必將提高遭受摩擦學(xué)負(fù)荷的鋁質(zhì)工業(yè)制品的可靠性。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，人們在努力追求鋁制品功能上的高效率的同時，還應(yīng)該使其保持盡可能低的磨損率。由于磨損導(dǎo)致的制品損壞過程發(fā)生在摩擦副作用(作為摩擦學(xué)系統(tǒng)的元素)的表面區(qū)域，因而提高這一局部區(qū)域的耐磨性對減少摩擦學(xué)系統(tǒng)的磨損是特別有效的。這可以通過耐磨表面保護(hù)，例如對鋁質(zhì)材料進(jìn)行表面處理或表面覆蓋層來實現(xiàn)。由于磨損是系統(tǒng)特性而非材料本身的性質(zhì)，因而在任何情況下，每

22、一具體的表面保護(hù)措施都須取決于對所涉及的摩擦學(xué)系統(tǒng)的分析。也就是不僅應(yīng)對鋁質(zhì)材料耐磨表面保護(hù)的工藝方法進(jìn)行選擇，還應(yīng)對工藝參數(shù)和摩擦副的選擇進(jìn)行優(yōu)化[15]。</p><p>　　以改善鋁質(zhì)材料的摩擦學(xué)性能為目的，人們已經(jīng)陸續(xù)報道了許多有關(guān)鋁質(zhì)材料摩擦學(xué)表面改性的方法。一類是以傳統(tǒng)的陽極氧化技術(shù)為主，包括在多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)的陽極氧化層微細(xì)孔中原位合成或沉積潤滑性物質(zhì)的自潤滑陽極氧化鋁的處理技術(shù)。這些方法實際上是將各種固

23、體潤滑劑固定在摩擦界面上，克服了液體潤滑劑的缺點(diǎn)。因為在摩擦界面上添加液體或膏狀潤滑劑雖然對減少機(jī)器工作時的摩擦力，降低磨損有極好的效果，但是由于液體潤滑劑難于牢固地粘附于摩擦界面上，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時往往會大量流失，并且造成對周圍環(huán)境的污染：另一類是利用各種現(xiàn)代制膜工藝直接在鋁質(zhì)材料表面成膜的技術(shù)。金屬材料表面膜的現(xiàn)代制備技術(shù)很多，適用于在鋁質(zhì)材料表面成膜并能有效地改善其摩擦學(xué)性能的主要方法有復(fù)合電鍍法、化學(xué)鍍法、粘結(jié)涂層法、CVD和PVD

24、法、火焰噴涂法、激光表面涂敷法和復(fù)合離子注入法等?；瘜W(xué)鍍鎳基合金是鋁合金表面的一種新型改性技術(shù)。80年代中期以來在國外發(fā)展很快，美國化學(xué)鍍鎳占鋁合金鍍覆的25％，現(xiàn)在已在軍事、電子、航天、計算機(jī)等領(lǐng)城廣泛采用。例如：飛機(jī)和航空母艦的彈射機(jī)罩與軌道、軍用坦克鋁質(zhì)后視鏡、鋁質(zhì)雷達(dá)波導(dǎo)管、導(dǎo)彈紅外追蹤器、計算機(jī)硬盤、接插件等電子</p><p>　　實際應(yīng)用中，鋁合金也存在諸多問題，如：在有氯離子及堿性介質(zhì)存在的情況下

25、，極易發(fā)生點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等多種形式的破壞，硬度較低、摩擦系數(shù)高、磨損大，容易拉傷且難以潤滑導(dǎo)致鋁合金耐磨性差，鋁合金強(qiáng)度不高，易產(chǎn)生塑性變形，這在很大程度上限制了鋁合金的應(yīng)用范圍。為更好地發(fā)揮鋁合金的優(yōu)良特性，從鋁合金的冶煉、熱處理工藝到鋁合金的表面強(qiáng)化工藝存在大量的研究工作要做，以極大地拓展鋁合金的工業(yè)應(yīng)用范圍。</p><p><b>　　1．2化學(xué)鍍鎳概述</b>

26、</p><p>　　化學(xué)鍍是指不需要外加電流，在金屬表面的催化作用下經(jīng)控制化學(xué)還原方法進(jìn)行的金屬沉積過程[17]。又因為鍍覆過程只能在對還原反應(yīng)有催化作用的基底表面上自發(fā)進(jìn)行，而且反應(yīng)一旦開始，反應(yīng)生成的鎳自身對還原反應(yīng)有催化作用，從而可使還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，因此又被稱為“自催化沉積”(Autocatalytic Plating)。</p><p>　　化學(xué)鍍的過程不是在界面上的固液兩相間

27、金屬原子和離子的交換，而是液相離子Mn+和液相中的還原劑在金屬或其它材料表面上的還原沉積。化學(xué)鍍一般使用次磷酸鈉(NaH2P02)、硼氫化鈉(NaBH4)、二甲基胺硼烷((CH3)2NHBH3)、肼(N2H4)、甲醛(HCHO)等作為還原劑，當(dāng)其在催化活性表面上被氧化時，會產(chǎn)生游離電子，這些游離電子可在催化表面還原溶液中的金屬離子，只要沉積出金屬層對于還原劑具有催化活性就可以不斷地沉積出金屬。</p><p>　

28、　在化學(xué)鍍技術(shù)中，化學(xué)鍍鎳是最具代表性、應(yīng)用最為廣泛的一種?；瘜W(xué)鍍鎳，又稱為無電解鍍鎳或自催化鍍鎳，是在鎳鹽和還原劑共同存在的溶液中靠自催化的化學(xué)反應(yīng)在呈催化活性的機(jī)件表面沉積金屬鎳的成膜技術(shù)。當(dāng)鍍層沉積到活化的零件表面上，由于金屬鎳具有自催化能力，這時還原過程會自動進(jìn)行下去。直到把零件取出鍍槽為止。</p><p>　　化學(xué)鍍鎳技術(shù)自誕生之日起至今大約已有60多年的歷史，鍍液由單一型向多樣型發(fā)展，鍍層性能由單一

29、防護(hù)性向具有多功能性的方向發(fā)展，而且鍍層質(zhì)量得到了迅速提高。現(xiàn)在，化學(xué)鍍鎳技術(shù)已在工業(yè)上各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過合金化的方法，調(diào)整和改變材料的微觀結(jié)構(gòu)，如通過添加銅鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽等，使化學(xué)鍍鎳層獲得一些額外的特性，形成Ni-Cu-P、Ni-W-P、N-Mo-P等三元合金層，使表面硬度更高，耐蝕耐磨性能更好。還開發(fā)出了鎳與一些惰性顆粒共沉積的具有很多特殊功能的鍍層。最具實用性的仍舊是以次磷酸鈉為還原劑的鎳基合金鍍層?；瘜W(xué)鍍Ni-P合

30、金現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于鋼、銅、鋁、塑料、陶瓷等許多導(dǎo)體或非金屬材料的裝飾和防護(hù)等各個方面。這主要是由于以下幾個特點(diǎn)： </p><p>　　1、具有高硬度和高耐磨性，在沉積狀態(tài)下，鍍層硬度為HV490～588(HRC49～ 55)，400℃熱處理為HV980～1078(HRC69～72)。試驗表明，在干燥和潤滑的情況下，具有相當(dāng)于硬鉻的耐磨性。因此，可用它來代替高合金材料或硬鉻鍍層。</p><p

31、>　　2、具有優(yōu)良的抗蝕性，由酸性鍍液化學(xué)鍍沉積Ni-P合金層的抗蝕性比堿性鍍液的優(yōu)越，它在鹽、堿、氨和海水中有很好的抗蝕性。鍍層可用作船舶或石油鉆井平臺上的零件，以抵抗海洋性氣候的腐蝕。</p><p>　　3、化學(xué)沉積Ni-P合金無尖端電流密度過大現(xiàn)象，在尖角或邊緣突出部位沒有過分的增厚，既有很好的“仿型性”，鍍后不需要磨削加工，沉積層的成分和厚度均勻。</p><p>　　4、

32、不需要直流電源，被鍍零件無導(dǎo)電觸點(diǎn)，在盲孔管件深孔及縫隙的內(nèi)表面可得到均勻鍍層化學(xué)沉積Ni-P合金鍍層孔隙少、致密、表面光潔。</p><p>　　5、化學(xué)沉積Ni-P合金的工藝簡單，操作方便，工藝過程溫度低。</p><p>　　鑒于化學(xué)鍍Ni-P合金具有上述特點(diǎn)，因此，它是一種極有希望的新型表面防護(hù)技術(shù)，目前，這一工藝在所有化學(xué)鍍工藝中，發(fā)展速度最快，應(yīng)用范圍最廣。已被廣泛應(yīng)用于航空航

33、天、汽車、電子計算機(jī)、食品、機(jī)械、核工業(yè)、石油化工、塑料、電力輸送、印刷和制造業(yè)，涉及到人們生活和工業(yè)生產(chǎn)的方方面面。化學(xué)鍍鎳溶液、工藝和設(shè)備已經(jīng)商品化、系列化，且每年的增長速率高，已成為表面技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展最快的工藝之一，具有良好的應(yīng)用前景[18]。</p><p>　　1．2．1化學(xué)鍍鎳的發(fā)展概況</p><p>　　化學(xué)鍍的研究起源于四十年代中期，早在1844年Ｗu(yù)rtz在實驗中首先發(fā)

34、現(xiàn)了鎳的還原反應(yīng)[19]。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(Burtau of standard)的A.Brenner和G.Riddell在1944年發(fā)現(xiàn)了具有工業(yè)應(yīng)用價值的以次亞磷酸鹽為還原劑的化學(xué)鍍鎳，并于1946年獲得了這種新鍍鎳方法的專利[20-22]。他們是在電鍍鎳合金的研究中，加入次亞磷酸鹽添加劑以后，發(fā)現(xiàn)電流效率達(dá)到112％的異?，F(xiàn)象。他們指出次亞磷酸鹽作還原劑，在施鍍過程中提供電子使Ni2+還原并沉積得到鍍鎳層。他們對鍍速、鍍層均一性、鍍

35、液穩(wěn)定性，以及鍍液壽命等作了系統(tǒng)的研究，為以后化學(xué)鍍鎳的發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用，打下了堅實的基礎(chǔ)。在他們的工作中確立了次亞磷酸鹽的作用，他們認(rèn)為次亞磷酸鹽作還原劑，在有催化劑存在的條件下，放出電子使Ni2+還原得到鍍鎳層。他們對電鍍速度、鍍層的均一性、溶液的穩(wěn)定性和壽命以及鍍液價格作了改進(jìn)。他們開發(fā)了許多以次亞磷酸鈉為還原劑的化學(xué)鍍鎳液，并于兩年后將其發(fā)展成實用的系統(tǒng)。A.Brenner和G.Riddell的發(fā)現(xiàn)和研究奠定了化學(xué)鍍鎳的基礎(chǔ)。從

36、此以后許多研究者進(jìn)行了充分的研究，使化學(xué)鍍鎳迅速發(fā)</p><p>　　1．2．2化學(xué)鍍鎳的基本特點(diǎn)</p><p>　　化學(xué)鍍鎳本身是一種自催化的化學(xué)反應(yīng)，其最大的特點(diǎn)是在同一催化表面上同時進(jìn)行著兩個過程，即還原劑的氧化和鎳離子的還原。施鍍過程無需外加電流，因此與電鍍相比有許多優(yōu)點(diǎn)[24]。</p><p>　　(1)具有極好的均鍍能力，不管零件的形狀多么復(fù)雜，只

37、要其表面與鍍液接觸，便可獲得厚度均勻的鍍層，這是電鍍工藝難以實現(xiàn)的。對于大型復(fù)雜零件，化學(xué)鍍鎳的可行性在眾多表面強(qiáng)化技術(shù)中具有極大的優(yōu)勢?；瘜W(xué)鍍的分散力接近100％，無明顯的邊緣效應(yīng)，幾乎是基材(工件)形狀的復(fù)制，因此特別適合形狀復(fù)雜工件、腔體件、深孔件、盲孔件、管體內(nèi)壁等表面施鍍。由于化學(xué)鍍層厚度均勻、又易于控制，表面光潔平整，一般均不需要鍍后加工，適宜做加工件超差的修復(fù)及選擇性施鍍。</p><p>　　(2

38、)可獲得比電鍍孔隙率低的鍍層，且鍍層中所含的磷提高了鍍層的鈍化能力，這些因素都使得鍍層有優(yōu)異的耐蝕性，能很好地保護(hù)基體免于腐蝕。</p><p>　　(3)工藝設(shè)備簡單，不需要電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極，操作時只需把工件正確懸掛在鍍液中即可。</p><p>　　(4)在金屬和非金屬基體上均可獲得性能較好的鍍層。</p><p>　　(5)由于化學(xué)鍍鎳過程是自催化的化

39、學(xué)反應(yīng)過程，鍍層的厚度與時間成一定的關(guān)系，鍍層厚度理論上可以無限增加。化學(xué)鍍鎳的缺點(diǎn)在于配制鍍液的化學(xué)藥品價格較高，鍍層的脆性大，對于含有鉛、錫、鋅的基體必須有特殊的前處理過程，預(yù)處理工藝和施鍍工藝都明顯影響鍍層質(zhì)量。</p><p>　　1．2．3化學(xué)鍍鎳的研究現(xiàn)狀</p><p>　　化學(xué)鍍鎳工藝研究的一個重要內(nèi)容是改善鍍液性能和鍍層性能。對于鍍液來說，其穩(wěn)定性是十分重要的，鍍液中的活

40、性顆粒是導(dǎo)致不穩(wěn)定性的誘因。為了降低鍍液中的固體顆粒(如亞磷酸鎳)的表面活性，避免鍍液中鎳離子在微粒上進(jìn)行還原反應(yīng)而導(dǎo)致鍍液分解，在鍍液中一般要加入穩(wěn)定劑。鍍鎳層的外觀通常是光亮或半光亮，具有銀白色金屬光澤。鍍鎳層的優(yōu)異性能主要表現(xiàn)在其物理性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)和磁學(xué)性質(zhì)等方面，而其最突出的優(yōu)點(diǎn)是高耐蝕性，高耐磨性及電磁性能。影響鍍層外觀的因素主要有鍍層的含磷量、基體的表面粗糙度、鍍層厚度、沉積速率及施鍍工藝等。鍍層的物理、化學(xué)性質(zhì)則主要取決于

41、鍍層的組成和結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)又受沉積條件所控制。鍍液的種類和工藝參數(shù)的改變都會改變鍍層的含磷量。工藝參數(shù)主要指施鍍的時聞、施鍍溫度、鍍液的pH值、攪拌速度以及裝載比等[25-26]。</p><p>　　國內(nèi)外專家普遍看好化學(xué)鍍鎳的發(fā)展前景?；瘜W(xué)鍍鎳在電子工業(yè)、輕金屬(鋁、鎂)防護(hù)方面將有重要增長，在石油，采礦化工工業(yè)保持穩(wěn)定，而在汽車行業(yè)上發(fā)展?jié)摿艽?。?dāng)前，與工業(yè)先進(jìn)國家相比，我國在化學(xué)鍍鎳的工藝、設(shè)備規(guī)模、和鍍

42、層質(zhì)量等方面還有一定的差距。特別是在自動控制方面，差距更大。需要長期努力，才能趕上全球技術(shù)進(jìn)程的步伐。</p><p>　　目前，化學(xué)鍍鎳在難鍍基材方面的工藝尚有待改進(jìn)，輕金屬的無孔薄鍍層仍面臨挑戰(zhàn)，較薄的鍍層意味著成本降低、生產(chǎn)率提高、化學(xué)試劑消耗減少，最后將贏得化學(xué)鍍鎳的更大市場。隨著環(huán)境保護(hù)的進(jìn)一步嚴(yán)格，降低污染，延長鍍液使用壽命，仍然是化學(xué)鍍鎳面臨的一項長期任務(wù)。隨著電子、計算機(jī)、通信等高科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)

43、展，為化學(xué)鍍鎳技術(shù)提供了巨大的市場，預(yù)期化學(xué)鍍鎳技術(shù)將會持續(xù)高速發(fā)展。為滿足更復(fù)雜工況的要求，化學(xué)復(fù)合鍍、化學(xué)鍍鎳基多元合金等工藝逐漸發(fā)展起來。另外，實際情況的不斷發(fā)展變化，要求化學(xué)鍍鎳技術(shù)也不斷推陳出新，以滿足更復(fù)雜和更苛刻的使用條件。可以預(yù)言，化學(xué)鍍鎳在21世紀(jì)仍將是一項很有生命力的表面處理技術(shù)、有很好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。</p><p>　　1．2．4化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p&

44、gt;　　化學(xué)鍍鎳由于鍍層的結(jié)晶細(xì)致、孔隙率低、硬度高、鍍層均勻以及化學(xué)穩(wěn)定</p><p>　　性好，已廣泛用于電子、航空、航天、機(jī)械、精密儀器、日用五金、電器和化學(xué)</p><p>　　工業(yè)中[27]。下面將具體介紹化學(xué)鍍鎳在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　（1）在電子工業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　伴隨著電子線路高密度化的發(fā)展趨

45、勢，半導(dǎo)體封裝的小型化和半導(dǎo)體芯片密度封裝技術(shù)的重要性日趨突出?，F(xiàn)在大多數(shù)電子表、手機(jī)和高速的微型處理器都是采用倒裝芯片制作的。倒裝芯片技術(shù)的核心在于UBM(凸點(diǎn)下金屬化)的制作。UBM是指芯片焊盤和凸點(diǎn)之間的金屬過渡層，可阻止焊球與鋁元件基底或電路板的銅層之間發(fā)生擴(kuò)散。它可以通過濺射和化學(xué)鍍來形成?；瘜W(xué)鍍鎳-金具有廉價和適用于SnPb合金和粘合劑、良好的焊接性和阻擋擴(kuò)散性等優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)鍍鎳-金在UBM技術(shù)中可以用作凸焊點(diǎn)的基底或作為凸焊

46、點(diǎn)與導(dǎo)電粘結(jié)劑的連接[28]。</p><p>　　印制電路板是用于電子元件連接為主的互連件。它是通過自身提供的線路和焊接部位，焊裝上各種元器件。由于近年來對電子線路高密度的需求越來越大，對用化學(xué)鍍方法制作的高密度印刷線路板，特別是多層的印刷線路板的需要顯得更為重要。1997年以來，化學(xué)鍍鎳．金工藝在印刷線路板的制作上得到了迅速推廣，這得益于化學(xué)鍍鎳．金工藝本身所帶來的眾多優(yōu)點(diǎn)?；瘜W(xué)鍍鎳．金鍍層可滿足更多種組裝要

47、求，具有可焊接、可接觸導(dǎo)通、可打線、可散熱等功能，同時，其板面平整、SMD焊盤平坦，適合于細(xì)密線路、細(xì)小焊盤的錫膏熔焊，能較好地用于COB及BGA的制作，又是一種極好的銅面保護(hù)層。化學(xué)鍍鎳．金板可用于移動電話、尋呼機(jī)、計算機(jī)、筆記本電腦、IC卡及電子字典等諸多電子行業(yè)[29-34]。</p><p>　?。?）在表面強(qiáng)化上的應(yīng)用</p><p>　　化學(xué)鍍鎳的鍍層晶體結(jié)構(gòu)不僅與鍍液中的磷含

48、量有關(guān)，還與絡(luò)合科、添加劑有關(guān)。重慶儀表材料研究所研究表明[35]，鍍層中Wp<8％為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，Wp>8％則為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過400℃左右的加熱和保溫，即可實現(xiàn)晶化處理，完成從非晶態(tài)到晶態(tài)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，鍍層中生成Ni3P化合物，從而使鍍層硬度提高，一般鎳磷鍍層的顯微硬度可達(dá)500-600HV。由于鍍層具有可觀的高硬度，所以在汽車部件輕量化的進(jìn)程中，扮演了重要角色。其用于汽車零部件上的實例有：制動油缸，空調(diào)壓縮機(jī)、AT交速器部件

49、等[36-37]。由于化學(xué)鍍鎳的鍍層具有優(yōu)良的耐蝕性，被廣泛用于各個領(lǐng)域。如化工合成反應(yīng)釜、食品加工部件等[38-39]。</p><p>　　高磷含量的耐蝕性能優(yōu)于低磷含量的鍍層，但低磷含量的鍍層在濃堿液中仍有良好的耐蝕性。然而，在使用環(huán)境苛刻的情況下，耐蝕性取決于鍍層上針孔的密度，而針孔與鍍液中所使用的絡(luò)合劑有關(guān)。此外，鍍層的耐蝕性還與基體材質(zhì)、表面粗糙度有很大關(guān)系。高磷含量的鎳磷鍍層已經(jīng)應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)用的

50、凈室，制造高純度氣體的零部件，燃?xì)廨啓C(jī)的部件等。任何表面鍍層都有對鍍層結(jié)合強(qiáng)度的要求，化學(xué)鍍鎳也不例外，鍍層與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度將直接影響零件的使用壽命。為此，經(jīng)采用劃痕試驗、銼削試驗、折斷試驗、壓扁試驗、耐蝕試驗和金相分析等多種方法對鍍層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行檢測表明，化學(xué)鍍鎳的鍍層結(jié)合強(qiáng)度良好。作為一項關(guān)鍵性能指標(biāo)，取得良好的結(jié)合強(qiáng)度為化學(xué)鍍技術(shù)的不斷應(yīng)用和發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）在其他方面的應(yīng)

51、用</p><p>　　由于化學(xué)鍍鎳層具有良好的焊接性[40]，所以化學(xué)鍍鎳層還能改善鋁、銅、不銹鋼材料的焊接性能，減少轉(zhuǎn)動部分的磨損，減少不銹鋼與鈦合金的應(yīng)力腐蝕。對鍍層尺寸要求精確的精密零件和幾何形狀復(fù)雜的零件在深孔、盲孔、腔體的內(nèi)表面，用化學(xué)鍍鎳能得到與外表面同樣厚度的鍍層?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品迅速發(fā)展和應(yīng)用，電磁輻射和干擾不僅是一個嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，而且嚴(yán)重干擾計算機(jī)、電子儀器和通信設(shè)備正常工作，破壞其可靠性。

52、所以制作良好的電磁屏蔽鍍層具有十分重要的意義。屏蔽鍍層要有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能。化學(xué)鍍的發(fā)展為電磁屏蔽層提供了優(yōu)異的技術(shù)。研究表明，在塑料上化學(xué)鍍Ni-P合金層的時候，屏蔽效果達(dá)67-78dB，經(jīng)56天高溫及濕熱試驗后，鍍層電阻變化很小，保持在0．55-0．85Ω／cm2之間，在4-12GHz頻率內(nèi)，屏蔽效果保持在67-78dB范圍內(nèi)[41]?？梢娀瘜W(xué)鍍鎳層有優(yōu)良的電磁屏蔽效果。</p><p>　　1．3化學(xué)鍍

53、鎳的原理</p><p>　　在鋁合金表面化學(xué)鍍鎳，以H2P02-作為還原劑的反應(yīng)式為：</p><p>　　Ni2++ H2P02-+H20= H2P03-+Ni+2H+ （1-1）</p><p>　　它包含有以下幾個基本步驟：</p><p>　　(1)反應(yīng)物(Ni2+，H2P02-等)向催化表面擴(kuò)散；</

54、p><p>　　(2)反應(yīng)物在催化表面上吸附；</p><p>　　(3)在催化表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；</p><p>　　(4)產(chǎn)物(H+，H2P03-等)從表面層脫附；</p><p>　　(5)產(chǎn)物擴(kuò)散離開表面。</p><p>　　有關(guān)化學(xué)鍍鎳的機(jī)理目前主要有原子氫理論、電化學(xué)理論、正負(fù)氫離子理論等。</p>

55、;<p>　　機(jī)理1：原子氫析出理論</p><p>　　原子氫析出理論是由G.Gutzeit在前人工作的基礎(chǔ)上提出的[42]。鑒于金屬鎳只能在催化活性表面上沉積，所以溶液中的還原劑H2P02-必須在催化和加熱條件下水解出原子H，或由H2P02-催化脫氫產(chǎn)生原子H，即</p><p>　　H2P02-+H20→HP032-+2Had+H+

56、 (1-2)</p><p>　　H2P02-→P02-+2Had (1-3)</p><p>　　Ni2+的還原就是由具有催化活性的表面所吸附的H原子(活潑的初生態(tài)原子H)放出電子，Ni2+吸收電子后還原成金屬鎳沉淀在欲鍍材料表面。</p><p>　　Ni2++2Had→Ni+2H+

57、 (1-4)</p><p>　　原子氫析出理論又進(jìn)一步對P的沉積和H2的析出做出了解釋，次磷酸根被原子H還原出P，即</p><p>　　H2P02-+H→H2O+OH- +P (1-5)</p><p>　　或發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)沉積出P，即</p><p

58、>　　3H2P02-→H2P03-+ H2O+2OH- +2P (1-6)</p><p>　　H2的析出既可以是H2P02-水解產(chǎn)生，也可以由初生態(tài)的氫原子合成：</p><p>　　H2P02-+ H2O→H2P03-+ H2 (1-7)</p><p>　　2Had→H2

59、 (1-8)</p><p>　　上述的化學(xué)反應(yīng)在金屬鎳的沉積過程中是同時發(fā)生的。鍍液的組分、使用時間、溫度、pH值等工藝條件決定著各反應(yīng)速度的快慢。式（1-5）式(1-8)解釋了化學(xué)鍍鎳時磷和氫氣的產(chǎn)生，但由于式(1-5)和式(1-6)的反應(yīng)速度遠(yuǎn)小于式(1-4)，所以鍍層中的磷含量不是很高，而且在此過程中伴隨著大量H2產(chǎn)生。</p>

60、<p>　　機(jī)理2：電化學(xué)機(jī)理[43]</p><p>　　該理論認(rèn)為Ni2+被H2P02-還原沉積出鎳的過程是由陽極反應(yīng)：還原劑次亞磷酸根的氧化和陰極反應(yīng)：Ni2+還原為鎳的兩個獨(dú)立的部分組成，可以用混合電位理論來解釋。反應(yīng)過程如下：</p><p>　　陽極反應(yīng): H2P02-+ H2O→H2P03-+2H+ +2e (1-9)</p>

61、<p>　　Ea0=-0.50V (1-10)</p><p>　　陰極反應(yīng)： Ni2++2e→Ni Ea0=-0.25V (1-11)</p><p>　　2H+ +2e→H2 Ea0=0V (1-12)</p><p&g

62、t;　　H2P02-+2H+ +2e→H20+P Ea0=-0.25V (1-13)</p><p>　　上式可以解釋為在鍍液中次亞磷酸根與水反應(yīng)產(chǎn)生電子，產(chǎn)生的電子再把Ni2+還原成金屬鎳。在此過程中電子也同時使少許的磷得到還原。</p><p>　　機(jī)理3：正負(fù)氫離子理論</p><p>　　此理論是由Hersch提出的，在1964年被Luk

63、es所改進(jìn)。根據(jù)Lnkes的理論，作為H的氫最初是在次亞磷酸根離子內(nèi)與磷相連的，即式(1-16)，此式同時也解釋了磷的共沉積。</p><p><b>　　在酸性溶液中:</b></p><p>　　H2P02-+ H2O→H2P03-+H+ + H- (1-14)</p><p>　　Ni2++2H-→Ni+

64、H2 (1-15)</p><p>　　H2P02-+H+ + H--→H2O+1/2H2 +P (1-16)</p><p>　　H+ + H-→H2

65、 (1-17)</p><p><b>　　在堿性溶液中:</b></p><p>　　H2P02-+30H--→H2P03-+ H2O + H- (1-18)</p><p>　　Ni2++2H-→Ni+ H2

66、 (1-19)</p><p>　　H2O + H-→H2O +0H-- (1-20)</p><p>　　總的來說，化學(xué)鍍鎳反應(yīng)機(jī)理的研究落后于工藝的研究，直到今天化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)機(jī)理還有許多假說并存，沒有定論。在上述三種假說中，為大多數(shù)人接受的是原子氫析出理論。90年代哈爾濱工業(yè)大學(xué)的胡信國等人對化學(xué)鍍鎳的機(jī)理進(jìn)行了動力學(xué)研究，其

67、試驗結(jié)果表明，在鎳-磷化學(xué)鍍鎳的體系中，由極化電流的密度計算出來的沉積速率明顯低于由質(zhì)量法測量得到的值；在鎳-硼化學(xué)鍍鎳的體系中，由極化電流計算出來的沉積速率與質(zhì)量法測量的值基本相等的。這一試驗進(jìn)一步證明在鎳磷化學(xué)鍍鎳體系中，反應(yīng)的機(jī)理為原子氫析出機(jī)理。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電化學(xué)機(jī)理己經(jīng)越來越多地引起人們的重視。三種理論自爭共同之處在于都認(rèn)為H2P02-在催化作用的條件下有極強(qiáng)的氧化趨勢，分解出具有極強(qiáng)還原能力的產(chǎn)物，使鎳離子被還原

68、生成金屬鎳原子，而H2P02-則被還原生成磷，在此過程中伴有氫氣放出[44]。</p><p>　　1．4鋁合金表面化學(xué)鍍鎳研究的目的和意義</p><p>　　化學(xué)沉積Ni-P合金鍍層在機(jī)械、電子等工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用很廣。但隨著科技的發(fā)展，特別是航空、航天、電子、醫(yī)療等行業(yè)的迅速發(fā)展，對鍍層材料提出了更高的要求。為了改善和提高合金鍍層的性能，化學(xué)鍍引起了廣泛的重視。由于化學(xué)沉積鎳鍍層具有良好

69、的導(dǎo)電性和極低的抗磁性能、較高的熱穩(wěn)定性和耐蝕性，在許多工程技術(shù)領(lǐng)域中有較好的應(yīng)用前景空間，比如作為電磁屏蔽層、硬磁盤底鍍層、半導(dǎo)體表面的功能鍍層等?；瘜W(xué)鍍鎳層最主要的用途是制造薄膜電阻。一般可用于印刷電路用及望遠(yuǎn)鏡電子元件的外罩。其可焊性能優(yōu)異，適用于二極管焊接，還可用作許多醫(yī)療器械上欽的代用品。其耐蝕性好，毒性又小，有時甚至可以代替不銹鋼用作廚房用具。其工程應(yīng)用價值有力地促進(jìn)了人們對其制備工藝及組織結(jié)構(gòu)的研究。</p>

70、<p>　　鋁合金作為化學(xué)鍍鎳的基底材料，因為在鋁合金上化學(xué)鍍和電鍍各種金屬的重要性在不斷增長，它能為制造重量輕、導(dǎo)電性好、熱導(dǎo)性好兼有諸多優(yōu)良功能性質(zhì)的“復(fù)合材料”提供重要的途徑。這些功能性質(zhì)包括：良好的耐腐蝕性、良好的耐磨性、良好的可釬焊性、高硬度、良好的耐滑動磨損性等。但是，在鋁合金上化學(xué)沉積比較困難，通常采用二次浸鋅預(yù)處理方法。</p><p>　　1．5鋁合金表面化學(xué)鍍鎳研究的主要內(nèi)容<

71、;/p><p>　　目前國內(nèi)外對表面化學(xué)鍍鎳的報道比較多，但大都集中在討論以鋼鐵為基體的化學(xué)鍍，而在對以鋁合金為基體的化學(xué)鍍鎳的研究報道并不全面，所以，需要在鋁合金基體上進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，并對鍍液的穩(wěn)定性、工藝條件以及鍍層結(jié)構(gòu)、表面形貌、沉積規(guī)律和物理化學(xué)、電化學(xué)性能進(jìn)行了深入的研究，論文主要內(nèi)容如下：</p><p>　　(1)采用二次浸鋅的預(yù)處理方法，在鋁合金表面上化學(xué)沉積致密、均勻的金屬鎳層

72、。考察鍍液成分及工藝條件對鍍層沉積速度的影響因素，確定出一種穩(wěn)定性高、沉積速度快的堿性條件下化學(xué)鍍鎳的方法。</p><p>　　(2)系統(tǒng)地研究化學(xué)鍍液的主要組分及鍍后熱處理溫度對化學(xué)鍍鎳層的沉積速率及鍍層性能的影響。</p><p>　　(3)利用SEM等手段對化學(xué)鍍鎳層的結(jié)構(gòu)、鍍層斷面形貌、成分進(jìn)行分析。</p><p>　　(4)通過硬度實驗、摩擦實驗、極化

73、曲線實驗和結(jié)合力實驗，研究分析鋁合金表面化學(xué)鍍鎳層的物理、化學(xué)性能。</p><p><b>　　2 實驗</b></p><p><b>　　2．1實驗儀器</b></p><p>　　根據(jù)實驗的目的、過程和性能要求，可以確定出鋁合金表面化學(xué)鍍鎳的實驗相關(guān)器材為鋁合金試樣、試樣切割機(jī)、砂輪機(jī)、沙紙、拋光機(jī)、化學(xué)鍍中各種配

74、液和鍍糟、水浴恒溫箱、電子天平、熱處理爐、掃描電子顯微鏡（SEM）、表面粗糙度測量儀、涂層附著力自動劃痕儀、顯微維氏硬度計、恒電位儀273A 、參比電極（飽和甘汞電極）、輔助電極（鉑）、釣魚線、電解池 、金相顯微鏡、環(huán)塊摩擦試驗機(jī)（MLH-3）等。</p><p><b>　　2．2試樣的制備</b></p><p>　?。?）選取試樣 試樣選用牌號為LY12-CZ

75、的鋁合金，其主要成分為硅 0.5% 、鐵0.5% 、銅3.8-4.9%、錳0.0-0.9%、鎂1.2-1.8%、鉻0.10%、鋅0.25%、鈦0.15%、其它金屬0.15%、其余為鋁。</p><p>　　（2）毛坯切割 將LY12-CZ鋁合金毛坯放在試樣切割機(jī)上，切成大小為10mm×10mm×20mm大小的試樣7塊。</p><p>　?。?）試樣打磨 將每一個試

76、樣分別現(xiàn)在砂輪上打磨，依次將每一個試樣分別用200#、400#、600#、800#、1000#砂紙上打磨，然后再將每一個試樣放在拋光機(jī)上拋光，拋光到表面光潔度大致相當(dāng)。。 </p><p>　　2．3試驗樣品的選取</p><p>　　將制備好的試樣分別進(jìn)行粗糙度的測試，本實驗所用儀器為TR200手持式粗糙度測量儀來分析基體表面的粗糙度。手持粗糙度儀的量程為±40μm，評定長度為

77、4lmm，取樣長度為0.8mm。測量得出每個試樣的粗糙粗糙度分別為Ra：0.232um、0、237、0.226um 、0.236um、0.233um、0.231um、0.222um。從中選擇粗糙度相差不大的其中5塊，它們分別標(biāo)號為1號(0.231um)、2號(0.232um)、3號(0.233um)、4號(0.236um)、5號(0.226um)。</p><p><b>　　2．4化學(xué)鍍鎳實驗<

78、/b></p><p>　　確定鋁合金表面化學(xué)鍍鎳的工藝流程為：打磨鋁合金試樣→加熱脫脂→熱水清洗→冷水清洗→堿蝕→冷水清洗→酸蝕→冷水清洗→一次浸鋅→冷水清洗→退鋅→冷水清洗→二次浸鋅→冷水清洗→預(yù)鍍鎳→冷水清洗→化學(xué)鍍鎳→冷水清洗→干燥→熱處理。</p><p>　　具體的化學(xué)鍍鎳實驗設(shè)備見圖2.1。</p><p>　　圖2.1 化學(xué)鍍鎳實驗設(shè)備<

79、/p><p><b>　　2．4．1化學(xué)除油</b></p><p>　　化學(xué)除油不僅要除去零件在機(jī)械加工過程中留下的油污，而且要除去氧化膜。從下表2.1的配方中可以看到我們使用堿性除油，堿與粘附在零件表面的油脂反應(yīng)，經(jīng)皂化作用除去動植物油脂，經(jīng)乳化作用除去礦物油，堿同時與氧化膜及鋁反應(yīng)?；瘜W(xué)除油時間為3min，溫度保持在65℃。</p><p>

80、　　Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O （2-1）</p><p>　　2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ （2-2）</p><p>　　反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣又能撕裂附著的油膜，除油效果更佳，除油和去氧化膜的好壞是提高化學(xué)鍍鎳結(jié)合力的重要措施。</p><p>　　表2.

81、1 化學(xué)除油液的配方</p><p>　　化學(xué)除油應(yīng)做到如下：</p><p>　?。?）經(jīng)處理的零件表面應(yīng)初步獲得較為理想的光潔度(粗糙度)。</p><p>　?。?）除油后表面應(yīng)能均勻沾水。</p><p>　　（3）除油后表面若殘留灰黑色膜應(yīng)在出光液中除去。 </p><p>　?。?）注意防止過腐蝕，嚴(yán)格掌

82、握除油對間和溫度。</p><p><b>　　2．4．2熱水清洗</b></p><p>　　除油后，基體表面會附著許多油分子泡沫，冷水清洗不易將表面的油漬沖洗完全，因此在冷水沖洗之前需要先用40℃～60℃的熱水沖洗，這樣既保證了表面清洗潔凈，同樣也使得基體的冷卻速度不至于太快造成表面的局部形變。</p><p><b>　　2．4

83、．3堿蝕</b></p><p>　　材料經(jīng)除油，水洗后表面會生成一層薄氧化膜，它將影響鍍層與基本金屬的結(jié)合強(qiáng)度，因此，鍍前要進(jìn)行浸蝕，使材料表面產(chǎn)生輕微腐蝕，露出金屬的結(jié)晶組織，以保證鍍層與基材結(jié)合強(qiáng)度，活化溶液都較稀，不會破壞材料表面的光潔度。在5O～60℃條件下，對零件進(jìn)行浸蝕，以除去表面殘留的少量油污和氧化皮，時間通常只有30秒，配方如下表2.2所示。</p><p>

84、　　表2.2 堿蝕液的配方</p><p><b>　　2．4．4酸蝕</b></p><p>　　酸蝕目的是除去經(jīng)堿蝕后殘留在工件表面的銅、硅、鋅、錳及其化合物。通常根據(jù)合金成分選用不同浸蝕液，經(jīng)過酸蝕處理的工件表面可顯露出金屬結(jié)晶組織，表面處于良好活化狀態(tài)對含鈦的鋁合金及純鋁常用1：1硝酸溶液浸蝕，對含硅的鋁合金可用硝酸與氫氟酸為3：1的混合酸液浸蝕。對于防銹鋁

85、常用硝酸與硫酸體積比為1：1的浸蝕液。浸蝕操作均在室溫條件下進(jìn)行。浸蝕時間約30s左右，至表面無黑膜為止，配方如下表2.3所示。</p><p>　　表2.3 酸蝕液的配方</p><p><b>　　2．4．5兩次浸鋅</b></p><p>　　浸鋅是在含鋅的強(qiáng)堿溶液中進(jìn)行的，其目的就是在除去工件表面上的氧化膜的同時形成一層致密、均勻的鋅

86、置換層，以阻擋鋁表面再度被氧化。從掃描電鏡觀察，二次浸鋅比一次浸鋅所獲鋅膜更加致密，看不到未被鍍覆的鋁表面。因此，這在很大程度上消除了因浸鋅不徹底而引起的化學(xué)鍍鎳層烘烤之后鼓泡、脫皮等現(xiàn)象。浸鋅溫度為常溫，第一次浸鋅時間為3min，第二次浸鋅時間為5min，兩次浸鋅液的配方相同，如下表2.4所示。</p><p>　　表2.4 浸鋅液的配方</p><p>　　為保證浸鋅質(zhì)量，操作時應(yīng)注

87、意以下事項：</p><p>　　(1)浸鋅過程切勿使工件相互撞擊，以保護(hù)鋅膜免受損傷。</p><p>　　(2)浸鋅所用材料要試劑級，以防止異金屬如鉛之類被置換，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　(3)浸鋅后工件表面應(yīng)呈微光澤的青灰色，當(dāng)工件表面出現(xiàn)大塊斑點(diǎn)，光澤不均勻、發(fā)花、膜附著力差時，應(yīng)用1：1HNO3退除后重新浸鋅。</p><p

88、>　　(4) 浸鋅時所用掛具禁用銅及其合金，以防銅、鋁產(chǎn)生接觸置換。</p><p><b>　　2．4．6退鋅</b></p><p>　　退鋅液的配方如表2.5所示。</p><p>　　表2.5 退鋅液的配方</p><p>　　當(dāng)一次浸鋅后用l：1的HNO3將其鋅膜退除，然后進(jìn)行二次浸鋅，兩次浸鋅液組成相

89、同，只是第二次時間稍短，夏天不超過10s，冬天不超過20s，一般以15～20s為宜。</p><p><b>　　2．4．7預(yù)鍍鎳</b></p><p>　　經(jīng)兩次浸鋅后可獲得薄而致密的鋅膜，此時還不能直接進(jìn)行酸性化學(xué)鍍鎳，因為酸性化學(xué)鍍鎳是在pH值4～5酸性條件下及85～95℃的高溫下進(jìn)行反應(yīng)。實踐證明，此時鋅膜極容易溶解，這樣不僅失去了鋅膜對鋁表層的保護(hù)作用，同

90、時也使酸性化學(xué)鍍鎳液被毒化，縮短了化學(xué)鍍鎳液使用壽命，影響了沉鎳層質(zhì)量。因此，生產(chǎn)中采用酸性化學(xué)鍍鎳之前進(jìn)行堿性化學(xué)預(yù)鍍鎳是必要的，常用預(yù)鍍鎳作為鍍層的打底液，以提高界面結(jié)合強(qiáng)度。含絡(luò)合劑的堿性化學(xué)鍍鎳工作溫度較低，可有效抑制鋅膜溶解，可獲得薄而細(xì)致、均勻的鎳磷合金層以保護(hù)鋅膜。預(yù)鍍鎳的配方見表2.6所示，其PH為8.5～9.5，溫度為40～50℃，時間控制在5min。預(yù)鍍完后，需要用水沖洗。堿性化學(xué)鍍鎳層較薄，約為0.5um。<

91、/p><p>　　表2.6 預(yù)鍍液的配方</p><p><b>　　2．4．8化學(xué)鍍鎳</b></p><p>　　化學(xué)鍍鎳液配方如下表2.7所示。化學(xué)鍍鎳是本實驗最重要的步驟，它直接決定了鍍后鎳層的性能好壞。具體實驗是將水洗后的預(yù)鍍件放入化學(xué)鍍鎳液中開始預(yù)鍍。化學(xué)鍍鎳液的PH控制在4.8，溫度為88～92℃，時間為60～90min。</p

92、><p>　　表2.7 化學(xué)鍍鎳液的配方</p><p><b>　　2．4．9干燥</b></p><p>　　將鍍好的樣品先用冷水清洗后，放在通風(fēng)干燥處，用電吹風(fēng)將試樣吹干。注意在干燥的過程中要控制好風(fēng)速和溫度，使得表面干燥均勻，避免吹風(fēng)溫度過高引起表面鍍層的起泡和脫落。</p><p><b>　　2．4．1

93、0熱處理</b></p><p>　　經(jīng)干燥過的試樣，將1號、2號、3號分別放在350℃、400℃和450℃的熱處理爐中，恒溫一個小時，然后取出空冷。鍍后的試樣如圖2.2所示。其試樣具體處理工藝如表2.8所示。</p><p>　　1號試樣 2號試樣</p><p>　　3號試樣 4號試

94、樣</p><p>　　圖2.2 熱處理后的試樣外觀圖</p><p>　　表2.8 試樣具體處理工藝</p><p><b>　　2．5鍍層硬度測試</b></p><p>　　所謂硬度是指材料對另一更硬物體（鋼球或金剛石壓頭）壓入其表面所表現(xiàn)的抵抗力。硬度的大小對于工件的使用性能及壽命具有決定性意義。本實驗測量的是維

95、氏硬度（HV）。所需要的儀器為HVS—1000數(shù)顯顯微硬度計，加載載荷為1.96N和2.94N，加載時間為15s。 </p><p><b>　　2．6結(jié)合力實驗</b></p><p>　　化學(xué)鍍鎳層與基體材料的結(jié)合力是衡量化學(xué)鍍質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。它表示鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，即單位面積的鍍層從基體表面上剝落所需要的力，是鍍層的重要機(jī)械性能之一?；w種類、基體表面粗

96、糙度、前處理工藝、活化處理等都在很大程度上影響鍍層與基體材料的結(jié)合力。本實驗采用的實驗設(shè)備是WS—2006涂層附著力自動劃痕儀。采用動載荷測試方法，發(fā)射方式為聲發(fā)射，臨界載荷視具體情況而定。</p><p>　　2．7摩擦力實驗 </p><p>　　化學(xué)鍍鎳層最重要的性能之一便是耐磨性，本試驗采用磨損失重ΔM作為評定鍍層耐磨性能的指標(biāo)。鍍鎳、鍍鎳+350℃、鍍鎳+400℃和鍍鎳+450

97、℃試樣均為10mm×10mm×20mm的長方體規(guī)格，然后采用FA2004型電子分析天平(上海精密儀器廠)稱重，試樣在每次稱重前均用丙酮清洗干凈并烘干。利用MRH-3高速環(huán)塊磨損實驗機(jī)測定4個試樣的摩擦系數(shù)，設(shè)置實驗力為300N,轉(zhuǎn)速為500r/min，實驗時間為300s，摩擦副為GCr15鋼的無潤滑劑磨損實驗，每5s記一個摩擦力。</p><p>　　2．8極化曲線的實驗</p>

98、<p>　　化學(xué)鍍鎳層的耐化學(xué)腐蝕性是指鎳磷鍍層本身的耐化學(xué)腐蝕的行為，因此與沉積條件、含磷量、雜質(zhì)和顯微組織以及介質(zhì)有關(guān)。這里主要是通過極化曲線測試來大致判斷鍍層的耐腐蝕性能。</p><p>　　圖2.3 極化曲線實驗</p><p>　　本實驗使用的儀器為恒定電位儀(型號273A)，參比電極為飽和KCl電極，輔助電極為鉑、一個電解池、腐蝕溶液為3.5%NaCl溶液，如圖2

99、.3所示。實驗中需要設(shè)定的參數(shù)掃描面積為0.48cm2 ，鎳的原子量為58.7，密度為88.8g/cm3。</p><p>　　2．9掃描電子顯微鏡實驗</p><p>　　本試驗采用日本生產(chǎn)的JSM-6460LV型掃描電子顯微鏡觀察試樣鍍后鍍層的表面和截面形貌。分析鍍層的均勻程度、金屬離子沉積的致密程度和鍍層的厚度。 用能譜儀測量鍍層與基體之間元素的含量和分布情況，分析鍍鎳層的熱擴(kuò)散效果

100、。</p><p><b>　　3 實驗結(jié)果及分析</b></p><p>　　3.1 試樣鍍層顯微分析</p><p>　　（1）鍍層斷面厚度分析</p><p>　　如圖3.1所示為鍍鎳（4號）、鍍鎳+350℃（1號）、鍍鎳+400℃（2號）和鍍鎳+450℃（3號）試樣在5000倍掃描電子顯微鏡下的鍍層斷面圖。通過分

101、析可以看出，雖然化學(xué)鍍鎳層厚度并不厚，但鍍層與基體的結(jié)合良好。未經(jīng)過熱處理的鍍層，鍍層與基體的界線明顯，厚度為6µm，表面不平整，鍍層厚度不均勻，顆粒細(xì)小。350℃熱處理后的鍍層，平均厚度為4µm，鍍層與基體結(jié)合處界線模糊，鍍層粒度細(xì)小、均勻。400℃熱處理后的鍍層，平均厚度為3µm，厚度比1號的還薄，鍍層表面平整性好，鍍層厚度均勻，鍍層與基體間的界線不清楚。450℃熱處理后的鍍層，平均厚度為8µ

102、m，鍍層表面不平整，鍍層厚度不均勻，鍍層有起泡、脫落的現(xiàn)象。</p><p>　　鍍鎳 鍍鎳+350℃</p><p>　　鍍鎳+400℃ 鍍鎳+450℃</p><p>　　圖3.1 不同熱處理情況下試樣鍍層斷面圖</p><p>　　綜上所述，鍍層

103、隨著熱處理溫度升高，鍍層厚度逐漸減小，鍍層均勻性越好，但是熱處理溫度過高時會出現(xiàn)“假厚度”現(xiàn)象，比如熱處理溫度在450℃時鍍層表現(xiàn)出起泡和脫落的現(xiàn)象，當(dāng)我們測量厚度時會誤把起泡的厚度當(dāng)做鍍層厚度。</p><p><b>　?。?）鍍層成分分析</b></p><p>　　使用掃描電子顯微鏡觀察化學(xué)鍍鎳層的斷面形貌，并用其附帶能譜儀（ZNCAX-Sight）進(jìn)行點(diǎn)掃描

104、測定鍍層中元素含量。從微觀形貌和成分來看，不同熱處理后的鍍層情況大致相同，本實驗以鍍鎳+350℃熱處理后的1號試樣為例，如圖3.2所示。圖3.2（a）中鍍層較均勻、致密、孔隙度小，顆粒比基體顆粒細(xì)小。而從圖3.2（b）和圖3.2（c）可以看出。C元素含量與Ni元素含量相當(dāng)，還含有微量的P元素，由此可以判斷鍍層是由二元合金組成，而C元素的存在主要是因為化學(xué)鍍鎳過程中鍍液碳酸中的C原子還原沉積在基體表面形成的，這并不影響鍍層的質(zhì)量，反而還能

105、以第二項的身份，起到強(qiáng)化作用。</p><p>　?。╝） （b）</p><p><b>　?。╟）</b></p><p>　　圖3.2 鍍鎳+350℃試樣的掃描電子顯微圖</p><p><b>　　（3）熱擴(kuò)散分析</b><