CN103789753B - 环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺。经前处理的镁锂合金浸入Ce(NO3)3-KMnO4溶液中处理10～20min，浸入pH为6～6.5的镀镍磷溶液中超声波辅助化学镀镍磷1～2h，所述化学镀镍磷的镀液温度控制在70～75℃。本发明通过预先在镁锂合金表面形成一层环保型的Ce(NO3)3-KMnO4转化膜，然后再进行超声波辅助化学镀镍磷，获得了均匀致密与基体结合良好的镀镍磷层。腐蚀电流密度降低了一个数量级，自腐蚀电位正移了约1000mV；硬度提高了约500HV。有效地提高了镁锂合金的耐腐蚀性能和耐磨性能等。

Description

环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺
技术领域
本发明涉及的是一种化学镀膜工艺，特别涉及一种在镁锂合金表面化学镀镍磷的工艺方法。
背景技术
近年来，镁合金以其优异的性能被称为2l世纪最有发展潜力的绿色材料，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子通讯等众多领域，而其中镁锂合金是迄今为止所研究的镁合金中最轻的金属结构材料，它不仅具备镁合金的各种优势，而且密度小和抗高能粒子穿透能力强，能很好的满足现代社会对轻质材料的需求，在航空航天和通讯领域将具有更广阔的应用前景。然而，镁锂合金化学性质活泼，易与周围环境发生化学或电化学反应，耐蚀性能很差，在很大程度上限制了镁锂合金的广泛应用。目前国内外的研究者主要采用化学镀、化学转化膜、阳极氧化以及微弧氧化等来提高镁锂合金的耐腐蚀性能。与其它方法相比，在镁锂合金上进行化学镀镍磷处理，不仅可以获得高的耐蚀性和耐磨性，而目能够在形状复杂的铸件上得到厚度均匀的镀层，镀层的性能可以根据不同的要求进行调节，在要求表面具有导电、导热性、钎焊性的场合，更是一种不可替代的表面处理方法。传统的化学镀镍溶液会对镁锂合金基体造成腐蚀，严重影响施镀效果；而且镁会与镀液中的阳离子发生置换反应，这样沉积的镀层不但疏松多孔、结合力差，并且会影响到镀液的稳定性，缩短镀液的使用寿命。传统的镁合金化学镀镍过程复杂，要经过浸锌和氰化物预镀铜，但是氰化物具有剧毒，对人体和环境都会带来严重的污染。目前，常用化学镀镍工艺的能量输入方式主要为水浴加热，化学镀在80℃以上进行，能耗大，且易在槽壁上沉积。在施镀过程中，水分挥发快，镀液易老化，稳定性差，还原剂次亚磷酸钠利用率低；同时，高温还会引起某些被镀材料的变形或改性，因而在一定程度上限制了其应用。超声波作为一种新的能力输入方式，通过超声波的空化作用产生的强大冲击波和微射流使得镀镍磷层组织细化；降低氢在阴极表面的吸附，改善沉积层的应力状态；同时也为化学镀镍磷提供了反应所需的能量，为降低工艺温度提供可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺操作简单、对环境无害，能提高镀层与基体的结合力和镀层的耐腐蚀性能及耐磨性能的环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺。
本发明的目的是这样实现的：
经前处理的镁锂合金浸入Ce(NO3)3-KMnO4溶液中处理10～20min，浸入pH为6～6.5的镀镍磷溶液中超声波辅助化学镀镍磷1～2h，所述化学镀镍磷的镀液温度控制在70～75℃。
所述Ce(NO3)3-KMnO4溶液的组成为：硝酸铈0.6～1.2g/L、高锰酸钾15～30g/L，余量为蒸馏水。
所述镀镍磷溶液的组成为：硫酸镍14～25g/L、次亚磷酸钠10～25g/L、醋酸钠10～20g/L、氢氟酸10～20mL/L、氟化氢铵5～15g/L、稳定剂0～5mg/L、用氨水调节pH，余量为蒸馏水。
所述前处理包括1000#砂纸打磨、蒸馏水冲洗吹干、丙酮溶液中超声清洗10min、酸洗20S。
所述酸洗的溶液的组成为：HNO310mL/L、H3PO460mL/L。
本发明通过预先在镁锂合金表面形成一层环保型的Ce(NO3)3-KMnO4转化膜，然后再进行超声波辅助化学镀镍磷，获得了均匀致密与基体结合良好的镀镍磷层。腐蚀电流密度降低了一个数量级，自腐蚀电位正移了约1000mV；硬度提高了约500HV。有效地提高了镁锂合金的耐腐蚀性能和耐磨性能等。
本发明的优点在于：首先，化学镀镍磷前处理过程中在镁锂合金表面进行Ce(NO3)3-KMnO4转化膜预处理，无须活化工序，没有引入对环境有害的氰化物或六价铬化合物等，工艺操作简单，且对环境无害。其次，镀镍磷溶液选取硫酸镍为主盐，价格较传统的碱式碳酸镍便宜，且稳定性更好；镀液为偏酸性溶液，较碱性镀液而言镀液稳定性更好，不易分解；通过超声波辅助，提供了一种新的能量输入，使化学镀镍磷在约75℃时能以较高的镀速进行，同时通过超声波的空化作用使的镀层更加均匀致密，同时提高了镀层与基体的结合力和镀层的耐腐蚀性能及耐磨性能等。
附图说明
图1(a)-图1(b)为镁锂合金化学镀镍磷后的显微组织照片，其中图1(a)为无超声波辅助化学镀镍磷，图1为(b)超声波辅助化学镀镍磷。
图2为超声波辅助/无超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷后的极化曲线。
图3为超声波辅助/无超声波镁锂合金化学镀镍磷后的硬度图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行进一步说明。
实施例1
将制备好的Mg-8Li合金试样用碳化硅砂纸打磨到1000#，用蒸馏水冲洗干净吹干后置于丙酮溶液中超声波清洗10min，然后对试样进行酸洗约20S，酸洗溶液为10mL/L HNO3和60mL/LH3PO4组成，酸洗完马上浸入含有0.8g/L硝酸铈和20g/L高锰酸钾溶液中进行预处理15min，用蒸馏水冲洗干净，置于镀液温度约75℃的化学镀镍磷溶液中，施镀时间约2h。其中镀液组成为：15g/L硫酸镍；15g/L次亚磷酸钠；13g/L醋酸钠；12mL/L氢氟酸；9g/L氟化氢铵；1mg/L稳定剂；用氨水调节溶液pH=6.5。即得镀层均匀致密、耐腐蚀性能及耐磨性较好的环境友好型化学镀镍磷层。
实施例2
将制备好的Mg-8Li合金试样用碳化硅砂纸打磨到1000#，用蒸馏水冲洗干净吹干后置于丙酮溶液中超声波清洗10min，然后对试样进行酸洗约20S，酸洗溶液为10mL/L HNO3和60mL/LH3PO4组成，酸洗完马上浸入含有0.8g/L硝酸铈和20g/L高锰酸钾溶液中进行预处理15min，用蒸馏水冲洗干净，置于镀液温度约75℃的化学镀镍磷溶液中，施镀时间约2h，其中镀液盛在烧杯中置于可加热的超声波设备中，镀镍磷过程中有超声波辅助。其中镀液组成为：15g/L硫酸镍；15g/L次亚磷酸钠；13g/L醋酸钠；12mL/L氢氟酸；9g/L氟化氢铵；1mg/L稳定剂；用氨水调节溶液pH=6.5。即得本发明之镀层均匀致密、耐腐蚀性能及耐磨性好的环境友好型化学镀镍磷层。
图1(a)-图1(b)为镁锂合金化学镀镍磷后的显微组织照片，从图中可以看出，化学镀镍磷层均匀致密，有超声波辅助时比无超声波辅助时镀层更加均匀致密。图2为超声波辅助/无超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷后的极化曲线，从图中可以看出有超声波辅助时腐蚀电流密度比基体降低了一个数量级，自腐蚀电位较无超声波辅助化学镀镍磷时和基体时的腐蚀电位分别正移了148mV和941mV。有效地提高了镁锂合金的耐腐蚀性能。图3为超声波辅助/无超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷后的硬度图，从图中可知化学镀镍后硬度较基体硬度大大提高了，特别是在超声波辅助下硬度提高更加明显。综上所述表明了通过超声波辅助化学镀镍磷形成的镀层均匀致密，与基体的结合力良好，耐腐蚀性能及耐磨性大大提高。

Claims (3)

1.一种环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺，其特征是：经前处理的Mg-8Li镁锂合金浸入Ce(NO3)3-KMnO4溶液中处理10～20min，浸入pH为6～6.5的镀镍磷溶液中超声波辅助化学镀镍磷1～2h，所述化学镀镍磷的镀液温度控制在70～75℃；
所述Ce(NO3)3-KMnO4溶液的组成为：硝酸铈0.6～1.2g/L、高锰酸钾15～30g/L，余量为蒸馏水；
所述镀镍磷溶液的组成为：硫酸镍14～25g/L、次亚磷酸钠10～25g/L、醋酸钠10～20g/L、氢氟酸10～20mL/L、氟化氢铵5～15g/L、稳定剂0～5mg/L、用氨水调节pH，余量为蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺，其特征是所述前处理包括1000#砂纸打磨、蒸馏水冲洗吹干、丙酮溶液中超声清洗10min、酸洗20S。
3.根据权利要求2所述的环保型超声波辅助镁锂合金化学镀镍磷工艺，其特征是所述酸洗的溶液的组成为：HNO310mL/L、H3PO460mL/L。
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