鎂合金化學鍍Ni-B工藝及原理研究.pdf

1、鎂合金具有諸多優(yōu)良性能，且自然儲量豐富，在人們的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。但鎂的電極電位較負，易于發(fā)生腐蝕，合金中的第二相或雜質(zhì)相也會加速鎂合金的腐蝕，加之鎂合金較弱的力學性能，至今未能工業(yè)化應用。鎂合金有多種強化手段，化學鍍鎳作為一種較為成熟的表面處理技術(shù)，可以顯著提高鎂合金的性能。但鎂合金因其物理化學性質(zhì)的特殊性，屬于難于化學鍍的金屬。現(xiàn)階段鎂合金化學鍍鎳的研究大多致力于化學鍍Ni-P技術(shù)，而作為性能上不亞于Ni-P鍍層的N

2、i-B合金卻少見報道。本論文在大量文獻的基礎上，經(jīng)過不斷嘗試，尋求出一種適合鎂合金的化學鍍Ni-B工藝，并采用多種測試方法對工藝及原理方面進行研究，主要內(nèi)容如下：
　　 一、基于前人已報道的以及實驗室課題組已取得的成果的基礎上，對原有工藝進行改進，加入化學拋光和浸鋅的前處理步驟，工藝穩(wěn)定且重復性好。制備的Ni-B鍍層呈致密均勻的非晶狀態(tài)，結(jié)合力良好。相對于鎂合金基體，鍍層的硬度提高了十倍以上，達570.5HV，Tafel曲線測試

3、表明耐蝕性能也有較大程度的改善。
　　 二、采用線性掃描伏安法研究了鍍液成分及工藝條件對化學鍍陰、陽極過程的影響。結(jié)果表明：乙酸鎳和硼氫化鈉含量的提高分別促進了Ni2+的還原反應和BH4-的氧化反應；乙二胺、氫氧化鈉以及添加劑硫脲、糖精鈉對陰、陽極反應均有不同程度的抑制作用；升高溫度有利于陰、陽極反應的進行。值得注意的是，添加劑硫脲和糖精鈉在工藝上對鍍層的整平作用分別是通過對陽極過程和陰極過程的抑制來實現(xiàn)的，并且可能由于鍍液中硫

4、元素含量的提高，造成鎳溶解反應的峰電流顯著增大。硫脲和氫氧化鈉的使用可以降低BH4-的水解，但必須控制在適宜的范圍內(nèi)，過量則抑制正常的氧化還原反應。
　　 三、從工藝角度研究了鍍液中穩(wěn)定劑硫脲及光亮劑糖精鈉對化學鍍層及鍍液性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn)少量添加劑就可以明顯改善鍍層的形貌，鍍層顆粒由松散分布變得致密均勻。隨著添加劑含量的提高，鍍層胞狀顆粒尺寸減小，趨于平整；鍍層的腐蝕失重大大減小，耐蝕性提高；鍍液的穩(wěn)定時間延長；以上三種情況

5、硫脲的效果更加明顯。但過量的添加劑導致沉積速率減慢甚至不再起鍍。硫脲降低鍍層中的硼含量，因此顯微硬度有所下降；糖精鈉可以減小鍍層中的拉應力，甚至向壓應力轉(zhuǎn)變，對顯微硬度的提高具有促進作用。綜合工藝及電化學實驗結(jié)果，將添加劑含量定于硫脲0.5mg·L-1，糖精鈉2.0g·L-1。
　　 四、采用電子掃描顯微鏡、能量散射光譜等多種技術(shù)對化學鍍工藝過程中各個步驟處理得到的鎂合金樣品進行表征，初步推測浸鋅過程的反應原理以及Ni-B鍍層的

6、沉積機理。通過除油、整平、酸蝕等步驟可以獲得一適合于浸鋅的“清潔”的鎂合金基體表面，表面適量的粗糙度用于增加后續(xù)鍍層的結(jié)合力。浸鋅過程以置換反應為主，獲得的鋅層主要是以單質(zhì)鋅的形式存在，同時夾雜少量氟化物和磷酸鹽等。鎂合金表面浸鋅層合適的Zn含量對施鍍成功尤為關(guān)鍵，純鎂合金及純鋅對Ni-B化學鍍反應均表現(xiàn)出較低的活性。浸鋅層在后續(xù)的化學鍍過程中真正起到中間層的作用，開路電位-時間曲線表明浸鋅后的鎂合金表面化學鍍分為以溶解析氫為主的“誘導

7、期”、以置換反應為主的“形核期”和以氧化還原反應為主的“化學鍍反應期”三個過程。
　　 五、對化學鍍后的鎂合金樣品進行惰性氣體氣氛下的熱處理，研究了不同熱處理溫度對鍍層性能的影響。隨熱處理溫度的提高，鍍層由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變，300℃左右為轉(zhuǎn)變溫度，相繼有面心立方Ni、Ni3B及Ni2B相出現(xiàn)。熱處理會導致鍍層與基體元素的相互擴散，鍍層的顯微硬度隨溫度逐漸提高，但過高的溫度會對鍍層的耐蝕性能造成不利影響。綜合實驗結(jié)果，將鎂合金化學