李志林,刘辉,刘伟,周德强,侯佳钰
(北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)
摘要：采用化学预镀镍+复合电镀的工艺方法在镁合金表面成功地制得了纳米TiO2/Ni复合镀层,并通过NaCl溶液浸泡试验和极化曲线测定了复合镀层的耐蚀性。其电沉积镀速达到26μm/h,镀层表面致密平整,厚度均匀,与基体结合良好。纳米TiO2/Ni复合镀层的硬度比镁合金基体和电镀Ni镀层有明显提高,在3.5%NaCl溶液中浸泡120h未出现腐蚀现象,极化曲线结果也表明该复合镀层可提高镁合金的耐腐蚀性。
关键词：镁合金;电镀;镍;复合镀层;纳米TiO2陶瓷颗粒
中图分类号：TG174.44 文献标识码：A 文章编号：1005-748X(2010)03-0208-04
引言
在镁合金表面上形成的涂覆层主要包括电镀、化学镀、阳极氧化膜、有机涂层等。纳米颗粒具有很多独特的物理及化学性能,将纳米不溶性颗粒加入镀液中,使之在镀液中充分悬浮,在金属还原的同时沉积包裹在镀层中可得到复合镀层。加入高硬度的纳米陶瓷颗粒时,其弥散强化作用可能提高镀层的硬度和耐磨性。虽然纳米陶瓷颗粒本身耐腐蚀,但其在复合镀层中形成大量界面,其的加入对镀层的耐腐蚀性的作用尚待研究。
已有在镁合金基体上进行纳米陶瓷颗粒/Ni复合化学镀的报道。与化学镀相比,电镀有镀速快、表面平整、生产成本低等优点。目前关于镁合金电沉积镍镀层中共沉积纳米TiO2颗粒方面的研究沿未见报道。本工作用化学预镀+复合电沉积的方法在镁合金基体表面制备了纳米TiO2/Ni复合镀层,并测试了镀层的性能。
1·试验方法
1.1 镀层制备
基底用50mm×25mm×2mm的AZ31铸造镁合金。纳米陶瓷颗粒为北京化大天瑞公司生产的纳米TiO2颗粒,平均粒径为24nm,其中的金红石型与锐钛矿型的质量比为4∶1。施镀在DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中进行。
切割后的试样依次用200#、360#、800#、1200#砂纸打磨表面,用自来水清洗,随后进行超声丙酮清洗,之后进行碱洗、酸洗和活化。每步清洗之后都用去离子水清洗,以清除试样表面残余溶液。碱洗、酸洗和活化的配方及工艺如表1所示。
镁合金是难镀金属,因此在电沉积复合镀层前需进行化学预镀,保护镁基体在通电后不被电镀液腐蚀。化学预镀的配方如表2所示。用氨水调节pH值至5.5~6.5,温度为85℃,磁力搅拌的转子转速为300r/min。
化学预镀后立刻用去离子水冲洗试样,然后直接进行复合电镀。复合电镀液配方如表3所示。先用适量的NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、H3BO3和十二烷基硫酸钠配成预制水溶液。将分散剂制成少量水溶液,将纳米TiO2颗粒加入该水溶液中充分润湿,在超声波下振荡分散2~3h,然后将其加入预制水溶液,即制成复合电镀液。施镀条件为:温度50~55℃,阴极电流密度1.0~2.5A/dm2,转子转速400r/min,时间60min,pH值4~5.5。在表3的配方中不加纳米TiO2和分散剂,用同样的工艺条件在化学预镀后进行电镀镍,将得到的镀层与复合电镀层进行对比。
1.2 镀层性能检测
用肉眼观察镀层的表面质量。用4XC型金相显微镜观察镀层的表面形貌和测量厚度。用HXS1000A型显微硬度计测定镀层表面硬度,测试的载荷为100g,保载时间为12s。硬度取5个测试点的平均值。用日本理学公司生产的D/Max2500VB2/PC型X射线衍射仪测试镀层成分,测试条件为:Cu靶Kα辐射,管电压40kV,管电流400mA,扫描速度10°/min,采样宽度0.02°。用弯曲试验、热震试验、锉刀试验测量镀层的结合力。参照文献对镀层进行弯曲试验,即将试样沿直径最小12mm的芯轴绕180°,检查镀层表面;热震试验:即将化学镀镍层在(200±10)℃的炉内加热1h,在室温水中淬火,循环3次;锉刀试验:锉刀与镀层呈45°角以剥离镀层的方向锉去非主要表面,至露出基体金属/镀层的界面。
浸泡试验:将试样镀层表面全部浸没在3.5%NaCl溶液中,观察表面状况并记录。电化学测试采用三电极体系,以试样为工作电极,铂电极为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极。采用CS300电化学测试系统,测试动电位扫描曲线,测试温度为25℃,扫描速度为5mV/s,扫描电位范围为-2.0~1.2V,腐蚀介质为3.5%NaCl溶液。
