AZ31镁合金化学镀Ni-Cu-Sn-P工艺的研究

朱 丹， 丁 毅， 王 娟， 马立群， 朱 婧

（南京工业大学 材料科学与工程学院，江苏 南京 210009）

AZ31镁合金化学镀Ni-Cu-Sn-P工艺的研究

朱 丹， 丁 毅， 王 娟， 马立群， 朱 婧

（南京工业大学 材料科学与工程学院，江苏 南京 210009）

通过X射线衍射仪以及极化曲线等手段，优选出最佳化学镀Ni-Cu-Sn-P工艺。结果表明：在硫酸镍30g／L，硫酸铜0.4g／L，锡酸钠8g／L，次磷酸钠18g／L的条件下，所得 Ni-Cu-Sn-P镀层的耐蚀性最好，且为非晶镀层。

镁合金；化学镀；Ni-Cu-Sn-P；耐蚀性；非晶

0 前言

镁合金具有比强度、比刚度、比弹性模量高以及减震性好等优点，目前已在航空、汽车、军事、光学仪器、计算机、电子通讯及声像器材等领域中得到广泛的应用［1－3］。由于镁的化学性质活泼，在室温下会被空气氧化，生成的氧化膜疏松、多孔，导致镁及镁合金的耐蚀性非常差，无法对基体起到良好的保护作用［4］。对镁合金进行表面处理可以提高其耐蚀性，其中化学镀Ni-P合金是应用较多的处理方法之一。在化学镀 Ni-P合金的镀液配方中加入Cu2＋和Sn4＋，所制得的Ni-Cu-Sn-P合金镀层，其耐蚀性明显优于化学镀Ni-P合金镀层的［5］。本文主要通过单因素法研究AZ 31镁合金化学镀Ni-Cu-Sn-P工艺，优选出最佳镀液配方，得到性能较好的Ni-Cu-Sn-P合金镀层。

1 实验

1.1 实验材料

实验所用的基体材料为AZ 31镁合金，试样尺寸为60mm×30mm×0.5mm。

1.2 工艺流程

1.3 基本镀液配方

NaH2PO218g／L，NiSO4·6H2O 40g／L，Na2SnO3·4H2O 5g／L，CuSO40.3g／L，NH4HF 15g／L，柠檬酸三钠30g／L，焦磷酸钠30g／L，无水乙酸钠10g／L，硫脲0.5mg／L，十二烷基硫酸钠10mg／L，pH值9，60℃。

1.4 性能检测

（1）耐蚀性

根据GB／T 10124-1988测试镀层的耐蚀性。试样测试面积为20mm×40mm，质量分数为3.5%的NaCl溶液240mL，且NaCl溶液与大气相通。以试样出现腐蚀黑斑的时间作为评价镀层耐蚀性的指标。

（2）镀速

采用增重法计算镀速，公式为：

式中：v为镀速，μm·h－1；Δm为试样施镀前、后的质量差，g；ρ为镀层的密度，取8.0g·cm－3；S为试样面积，cm2；t为施镀时间，h。

（3）电化学测试

采用CHI 660B型电化学工作站测试极化曲线，腐蚀介质为质量分数为3.5%的NaCl溶液，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为石墨。

（4）物相结构测试

采用ARL X’TRA型X射线衍射仪（XRD）分析镀层的物相结构，测试条件为：Cu靶，Ka辐射，扫描速率5°／min，扫描范围20°～80°。

2 结果与讨论

2.1 硫酸镍的影响

图1为硫酸镍的质量浓度对镀速及耐蚀性的影响。由图1可知：镀速随着硫酸镍的质量浓度的增加而增大；浸蚀腐蚀时间随着硫酸镍的质量浓度的增加先增加后减少，当硫酸镍的质量浓度为30g／L时，浸蚀腐蚀时间最长。当硫酸镍的质量浓度较低时，镀液中游离Ni2＋的质量浓度较低，镀速较慢，镀层覆盖不致密，耐蚀性较差；当硫酸镍的质量浓度较高时，镀速较快，试样表面析出大量氢气，镀层孔隙率较高，耐蚀性下降。

图1 硫酸镍对镀速及耐蚀性的影响

改变硫酸镍的质量浓度，测试所得镀层的极化曲线，实验结果，如图2所示。由图2可知：当硫酸镍的质量浓度为30g／L和40g／L时，镀层的自腐蚀电位相对于基体的发生正移，且自腐蚀电流密度降低。

图2 极化曲线

综上所述，确定硫酸镍的质量浓度为30g／L。

2.2 硫酸铜的影响

图3为硫酸铜的质量浓度对镀速及耐蚀性的影响。由图3可知：镀速随着硫酸铜的质量浓度的增加先增大后减小；浸蚀腐蚀时间随着硫酸铜的质量浓度的增加，也呈现先增加后减少的趋势，当硫酸铜的质量浓度为0.4g／L时，浸蚀腐蚀时间最长，耐蚀性最好。

图3 硫酸铜对镀速及耐蚀性的影响

改变硫酸铜的质量浓度，测试所得镀层的极化曲线，实验结果，如图4所示。由图4可知：当硫酸铜的质量浓度为0.2g／L和0.4g／L时，镀层存在钝化区间，且硫酸铜的质量浓度为0.4g／L时所得镀层的自腐蚀电位高于硫酸铜的质量浓度为0.2 g／L时所得镀层的。

图4 极化曲线

综上所述，确定硫酸铜的质量浓度为0.4g／L。

2.3 锡酸钠的影响

图5为锡酸钠的质量浓度对镀速及耐蚀性的影响。由图5可知：镀速随着锡酸钠的质量浓度的增加先增大后减小；当锡酸钠的质量浓度为8g／L时，浸蚀腐蚀时间最长。

图5 锡酸钠对镀速及耐蚀性的影响

改变锡酸钠的质量浓度，测试所得镀层的极化曲线，实验结果，如图6所示。由图6可知：镀层均存在钝化区间，且当锡酸钠的质量浓度为8g／L时，镀层的钝化区间最宽。

图6 极化曲线

综上所述，确定锡酸钠的质量浓度为8g／L。

2.4 次磷酸钠的影响

图7为次磷酸钠的质量浓度对镀速及耐蚀性的影响。由图7可知：镀速随着次磷酸钠的质量浓度的增加先增大后减小；当次磷酸钠的质量浓度为18 g／L时，浸蚀腐蚀时间最长。

图7 次磷酸钠对镀速及耐蚀性的影响

改变次磷酸钠的质量浓度，测试所得镀层的极化曲线，实验结果，如图8所示。由图8可知：当次磷酸钠的质量浓度为18g／L时，镀层的自腐蚀电位较正，热力学稳定性较高，自腐蚀电流密度较低，且存在钝化区间，有较好的耐蚀性。

图8 极化曲线

综上所述，确定次磷酸钠的质量浓度为18 g／L。

2.5 物相结构测试

图9为较佳工艺条件下所得 Ni-Cu-Sn-P镀层的XRD谱图。由图9可知：由于镀层较薄，得到的XRD衍射图为馒头状的宽化峰与基体衍射花样的复合谱图。表明该镀层为非晶镀层。

图9 镀层的XRD谱图

3 结论

（1）通过优化实验获得了AZ 31镁合金化学镀Ni-Cu-Sn-P的较佳工艺：硫酸镍30g／L，硫酸铜0.4g／L，锡酸钠8g／L，次磷酸钠18g／L，NH4HF 15g／L，柠檬酸三钠30g／L，焦磷酸钠30g／L，无水乙酸钠10g／L，硫脲0.5mg／L，十二烷基硫酸钠10g／L，pH值9，60℃。

（2）较佳工艺条件下所得 Ni-Cu-Sn-P镀层为非晶镀层。

［1］ 张津，章宗合.镁合金及应用［M］.北京：化学工业出版社，2004：283-302.

［2］ 李瑛，余刚，刘跃龙，等.镁合金的表面处理及其发展趋势［J］.表面技术，2003，32（2）：1-3.

［3］ 贾志华，王玉平.镁及镁合金化学镀Ni-Cu-P三元合金工艺［J］.电镀与涂饰，2004，23（3）：6-8.

［4］ 王建泳，成旦红，张炜，等.镁合金化学镀镍工艺［J］.电镀与涂饰，2005，24（12）：42-45.

［5］ Zhang B W，Xie H W.Effect of alloying elements on the amorphous formation and corrosion resistance of electroless Ni-P based alloys ［J］.Materials Science and Engineering，2000，281（1）：286-291.

A Study of Electroless Ni-Cu-Sn-P Plating on AZ 31Magnesium Alloy

ZHU Dan， DING Yi， WANG Juan， MA Li-qun， ZHU Jing

（College of Materials Science and Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China）

The electroless Ni-Cu-Sn-P plating process was optimized by XRD，polarization curves and so on.The results show that the best Ni-Cu-Sn-P coating was obtained when nickel sulfate is 30g／L，cupric sulfate 0.4g／L，sodium stannate 8g／L，sodium hypophosphite 18g／L.And furthermore the Ni-Cu-Sn-P coating thus obtained is amorphous.

magnesium alloy；electroless plating；Ni-Cu-Sn-P；corrosion resistance；amorphous

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0029-03

2011-05-05