肖友军,王灵锋,周磊
(江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州341000)
为了改进Ni-Co合金镀层的性能,在Ni-Co合金镀液中添加不同含量的Ce(SO4)2·4H2O,研究了其对Ni-Co合金镀层及镀液性能的综合影响,获得了Ce(SO4)2·4H2O最佳添加量及Ni-Co合金镀的最佳工艺参数。结果表明:镀液中Ce(SO4)2·4H2O的添加范围是0.56~1.12g/L,添加量为1.00g/L时,镀液的沉积速度、分散能力及镀层外观质量都到达最佳,镀层厚度也比较大;但Ce(SO4)2·4H2O会降低镀液的覆盖能力。
Ni-Co合金电镀;Ce(SO4)2·4H2O;镀液性能;镀层质量;机理
TQ153.2 A 1001-1560(2010)06-0005-04
前言
Ni-Co合金镀层具有优良的耐蚀性、较高的硬度,良好的耐磨性、磁性以及美丽的色泽等,广泛用于装饰性、功能性镀层以及磁性材料,但电沉积Ni-Co合金层极易产生针孔,孔隙率较高,使得其进一步应用受到了限制。Ni和Co在单盐溶液中析出电位很接近,可实现共沉积。镀镍溶液中添加由稀土和其他配合物组成的添加剂,能显著优化镀镍的工艺条件,提高镀镍层的耐蚀性能。但目前对Ni-Co合金镀鲜见相关研究报道。本工作研究了Ce(SO4)2·4H2O对Ni-Co电镀层性能的影响,获得了稀土Ni-Co镀的最佳工艺参数。
1 试验
1.1 基材及处理
基材为50.0mm×30.0mm×0.2mm的冷轧钢板(0.043%C,0.320%Mn,0.013%P,0.011%S,<0.010%S,i0.0023%N,Fe余量);前处理工艺流程:化学除油→水洗→活化→水洗后热风吹干。
除油:50~100g/LNaOH,20~40g/LNa2CO3,30~40g/LNa3PO4,5~10g/LNa2SiO3,温度80~95℃。活化可使还原后的金属原子与基体金属表面结合良好,用20%稀HCl进行,时间3~6s。
1.2 镀层制备
镀液组成及工艺:30~60g/LNiCl2·6H2O,250~300g/LNiSO4·6H2O,35~40g/LH3BO3,0.05~0.10g/L十二烷基苯磺酸钠,0~4.00g/L硫酸钴(以Co2+计),1.00~5.00g/LCe(SO4)2·4H2O,pH值3~4,温度45~60℃,电流密度1.0~2.5A/dm2,施镀时间10min。所用试剂均为分析纯,用蒸馏水配制电镀液。阳极为可溶性镍板,阴极非工作面绝缘。水洗后用脱脂棉吸水,热风吹干。
1.3 镀层测试分析
用失重法测定沉积速度,因试件规格统一,可用单位时间所镀的平均厚度直观表示镀层沉积速度,厚度用螺旋测微仪测出。采用HMF-3显微硬度计测试镀层的硬度:负荷为0.98N,平稳、缓慢施加,无任何振动和冲击现象,按ISO4516-80规定,压头压入速度为15~70μm/s,负荷在试验时保持15s,温度为25℃。
采用远近阴极法测定镀液的分散能力,远阴极到阳极的距离与近阴极到阳极的距离之比为2∶1,非工作面用丙烯酸清漆绝缘,镀件在电镀前后均在烘箱中105℃下烘15min,用分析天平称重。镀液的覆盖能力采用直角阴极法测定,阴极试样浸入镀液并使直角面正对阳极,电镀后以直角阴极弯曲处镀上金属的面积百分数评定镀液覆盖能力的好坏。
2 结果与讨论
2.1 Ce(SO4)2·4H2O对Ni-Co电镀的影响
2.1.1 对沉积速率和镀层质量
Ni-Co合金共沉积液中无Ce(SO4)2·4H2O添加剂且Co2+浓度为2g/L时,沉积速度、镀层质量达到最佳,当加入Ce(SO4)2·4H2O时,对Ni-Co共沉积将产生一定的作用。
表1为Ce(SO4)2·4H2O浓度对沉积速度、镀层质量的影响。
由表1可知,Ce(SO4)2·4H2O添加量在2g/L以内,镀层质量较好,随着Ce(SO4)2·4H2O浓度的增加,沉积速度下降。
将Co2+定为2g/L,其他施镀条件不变,Ce(SO4)2·4H2O对Ni-Co镀层的影响见表2。
由表2可知:Ce(SO4)2·4H2O浓度在0.56~1.00g/L时镀层外观、结合力较好,镀层厚度较大;继续增大时,镀层会有针孔出现,当Ce(SO4)2·4H2O浓度为1.00g/L时镀层的质量最好。因此,Ce(SO4)2·4H2O应控制在1.00g/L左右。
Ce(SO4)2·4H2O含量与镀层孔隙率的关系见图1。
由图1可以看出,Ce(SO4)2·4H2O含量小于1.0g/L时,镀层孔隙率随着Ce(SO4)2·4H2O浓度的增大逐渐减小,而当其浓度大于1.0g/L时,孔隙率随着Ce(SO4)2·4H2O浓度增大而逐渐增大。由此可知,在Ce(SO4)2·4H2O为1.0g/L时镀层的孔隙率最小。
