镁合金直接电镀镍形核及结合机理研究

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1、镁合金表面直接电沉积镍机理研究摘要：镁合金直接电镀时，需要经过氰化预镀铜处理，本文用电镀镍来取代氰化预镀铜，对镍在镁合金上电沉积的形核机理及结合机理进行了研究。电势跃迁I~t曲线分析表明，镍的电沉积经历了形核过程，电势较高时接近于连续形核，随着沉积电势的降低，晶核数迅速增加。开路电势E~t曲线表明，镁合金在镀液中若不采取保护措施时，极易生成一层严重影响镀层结合力的钝化膜。浸锌层能在阻止钝化膜的生成的同时，有效减弱基体中的镁与溶液中的镍离子之间的直接置换反应，从而能在浸锌层上获得晶粒细小致密、具有良好的结合力和优良的耐蚀性能的镍镀层。关键词：镁合金；电镀镍；形核机理；结合机理Me

2、chanismofDirectNickelplatingonMagnesiumAlloySurfaceYuGang1*,YueErhong1,OuYangYuejun2,SIWeiwei1,WengBaicheng1,HuBoniam2,YeLiyuan1(1.CollageofChemistryandChemicalEngineering,HunanUniversity,Changsha410082;2.DepartmentofChemistryandChemicalEngineering,HuaihuaUniversity,Huaihua418008;3.HunanColl

3、egeofBuildingMaterials,Hengyang,421008)0引言镁合金具有密度低、比强度比刚度高，原料来源广泛等许多独特的优点，与复合材料相比，它的防磁性、阻尼性、切削加工性及铸造性性能优越，在汽车、电子、宇航等工业上具有良好的应用前景，但是镁合金其自身不可克服的低耐蚀性能限制了它的大量应用[1]。镁的标准电极电势为-2.34V,具有很高的反应活性，这使得纯Mg及其合金受不同金相的内电偶腐蚀十分敏感。在空气或溶液中，镁合金会很快生成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜呈多孔状，对镁合金基体无明显的腐蚀防护作用，且膜质脆，极易被腐蚀[2,3,4]。有许多的方法克服Mg

4、合金的腐蚀：（1）提高合金的纯度或研究新合金；（2）合成保护性的膜或涂层；（3）采用快速凝固工艺；（4）进行表面改性。前两种方法是传统的方法，后两种方法较为新颖[1,2,3]。金属镀层具有导热导电性良好、耐高温、耐磨损、装饰性强等优良特点，在镁合金上一般采用电镀、化学镀方法来获得金属镀层。化学镀有直接化学镀和浸锌后化学镀两种工艺[5,6,7]，获得的镀层结合力孔隙率低、耐蚀耐磨性良好，但是目前用于镁合金上的化学镍镀液很不稳定，施镀成本非常之高[8]。电镀是获得金属镀层性价比最高的一种方法。在镁合金上进行电镀面临着很多困难。镁的高反应活性使得镁合金在镀液中极易形成氧化或置换膜层，

5、直接沉积在氧化或置换层上的镀层附着力不强。同时，镁合金表面非常不均匀，它由电极电势相差很大的多相组成[9]，如AZ91合金，主要组成相为基体相和β相，它们的电极电势分别为-1.73和-1.0V[10]。不均匀的表面导致镁合金在镀液中时，各相间存在着很大的自腐蚀电流而难以形成均匀的镀层，所以镁合金电镀前，首先必需先经过特殊的前处理，以形成一个干净清洁的且不容易生成置换层的表面。目前镁合金电镀工艺主要由两条[11,12,13]，一条为化学镀镍后再进行电镀，获得的镀层的性能较好，但却具有工艺繁琐，成本较高的缺点；另一条为浸锌后电镀，工艺流程为：脱脂→酸洗→活化→浸Zn→氰化预镀Cu→

6、电镀，此工艺能得到结合力耐蚀性较好的电镀层，但使用了剧毒的氰化物，不利于环保，有鉴如此，本文用电镀镍来取代氰化预镀铜，在特制的镀液中，对镍在镁合金上电沉积的形核机理进行了研究，对镀层的结合机理进行了分析，并使用各种方法对镀镍层的性能进行了测定。1实验1.1实验材料试验选用的材料为AZ91D镁合金，由重庆奥博镁业提供，试样规格：20×30×4mm。其主要化学成分见表1。表1AZ91D的化学成分Table1ChemicalcompositionsofAZ91D元素AlZnMnSiCuFeNi其它质量分数/%8.5~9.50.45~0.90.17~0.4<0.05<0.025<0.0

7、04<0.001<0.011.2实验步骤[14-16]试样经1200＃的砂纸磨光后，按表2的实验步骤进行处理，各部间用去离子水仔细清洗。表2直接电镀镍的各处理溶液组成和操作步骤Table2Solutionsandproceduresfordirectnickelplating序号工艺溶液配方与操作条件1超声波清洗丙酮，温度：室温，时间：10min2碱洗NaOH50g·dm-3，Na3PO4·12H2O10g·dm-3，温度：80±5℃，时间：8~10min3酸蚀C2H4O210g·dm-3，