镁合金表面电沉积镍层工艺及其耐蚀性的研究

严 莉， 初立英， 吴 化， 李雪松

（1.长春工业大学 先进结构材料省部共建教育部重点实验室，吉林 长春130012；2.吉林航空维修有限责任公司 技术工程部，吉林 吉林132102）

0 前言

镁及其合金作为最轻的金属结构材料，是21世纪最有发展前景的金属之一［1-3］。镁具有密度低、比强度和比刚度高、减振性好、电磁屏蔽性能优异、切削加工性和热成形性好等特点，在移动通信、手提计算机、汽车、电子电器、航空航天、国防、交通等领域中都具有重要的应用价值和广阔的应用前景［4-6］。然而，耐蚀性差却成为制约其发挥性能优势的主要因素之一。

本文主要通过调整镁合金的前处理工艺，在镁合金表面获得均匀、致密的电沉积镍层。采用浸锌工艺取代常规的氰化物预镀铜。最后，通过改变电镀镍溶液中的添加剂等工艺参数，研究了镀镍层的耐蚀性。镁合金经过氟化、浸锌、电镀镍后，基体与镍层的电位差减小。结果表明：在此工艺条件下得到的镍层具有良好的结合力和较好的耐蚀性。

1 实验

1.1 氟化处理

氟化处理的目的在于进一步去除试样表面的氧化物，并使镁合金表面产生一层氟化镁膜。这层氟化镁膜能有效阻止镀液对基质金属的进一步腐蚀。本实验中采用的氟化液为HF（质量分数为40%），处理时间为5～10min。

1.2 表面浸锌

直接电镀时由于存在较大的电位差，沉积在镁合金上的不完整的金属层会与镁合金形成较多的腐蚀原电池，产生强烈的电化学腐蚀。在腐蚀部位很难再镀覆上金属。浸锌能在镁合金上形成一层薄的锌层，降低施镀时电化学腐蚀的产生。浸锌液组成及工艺条件为：硫酸锌30g／L，焦磷酸钠120g／L，碳酸钠5g／L，氟化钠3g／L，pH值10.2～10.4，80～85℃，5～15min。

1.3 电沉积镍层

在经过氟化处理及浸锌的工件表面电沉积镍层。镀液组成及工艺条件为：硫酸镍280g／L，氯化镍45g／L，硼酸40g／L，十二烷基硫酸钠0.1～0.2 g／L，1，4-丁炔二醇0.2～0.3g／L，糖精1～3g／L，pH值4～5，1～6A／dm2，45～55℃。镁合金表面前处理及电镀流程为：预磨试样碱洗水洗酸洗水洗氟化处理水洗浸锌水洗电镀镍水洗烘干。试样尺寸为30mm×30mm×5mm。

1.4 镀层性能检测

利用D／Max 2500型X射线衍射仪（XRD）和VG ESCALAB MK II型多功能电子能谱仪（XPS）对镀层的物相进行分析。采用JSM-5600LV型扫描电子显微镜（SEM）观察镀层的表面形貌。采用兰科9805型电化学工作站测试表面镍层的电化学腐蚀性能。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌分析

图1为镁合金各处理层的表面形貌。由图1（b）可知：对镁合金进行氟化处理，得到耐蚀性好的保护膜。氟化膜又是一层转化膜，这层转化膜在基体浸锌前起到暂时的保护作用，不发生氧化反应。同时在浸锌过程中又能被很好地去除，并能保护基体在浸锌液中不被优先腐蚀。通过浸锌液的强碱性将镁合金表面的氧化膜溶解除去，同时使锌离子与露出的镁表面发生置换反应，沉积上一层锌，保护镁表面不被重新氧化［7-8］，可在基体金属镁与后续镀层之间形成合金层，起到与后续镀层紧密结合的作用［见图1（c）］。由图1（d）可以看出：镍金属层较为均匀、细致，且在合金表面覆盖完整。因此，它能起到很好的保护作用，大大地提高了合金材料在氯化钠溶液中的耐蚀性。

图1 镁合金各处理层的表面形貌

2.2 相结构分析

图2为镁合金各处理层的XRD图谱。由图2可知：镁合金基体主要由Al2Mg和Mg组成；经过氟化处理后，表面形成一层氟化镁薄膜，结果显示MgF2相的存在；经过浸锌处理后，在氟化膜的基础上又置换出一层金属锌层，主要以单质金属锌的形式存在；经过电沉积镍层后，图谱显示只有单一的金属镍存在。这主要是由于最后形成的金属镍层较为完整、均匀，起到了完整的覆盖作用［9-10］。

图2 镁合金各处理层的XRD图谱

2.3 电化学腐蚀性能分析

图3为镁合金各处理层在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中的极化曲线。由图3可知：由于镁合金的标准电极电势很低，在空气中极易发生氧化反应，形成的氧化膜多孔，无保护作用。故镁合金极易腐蚀，具有较低的自腐蚀电位和较高的自腐蚀电流密度。而通过在镁合金表面进行预处理，合金材料的自腐蚀电位逐渐正移，耐蚀性更好。当镁合金表面形成完整的金属镍层时，合金材料的自腐蚀电位正移较大，体现出很好的耐蚀性，自腐蚀电位达到-0.88V。因此，通过在镁合金表面进行合理的预处理，可以在合金表面形成完整的金属镍层，达到良好的抗腐蚀性能。

图3 镁合金各处理层的极化曲线

3 结论

（1）处理温度对浸锌层的形成具有较大的影响。当浸锌液的温度低于80℃时，很难形成完整、具有保护性的化学浸锌层；当温度过高时，浸锌液易挥发，也会影响浸锌效果。实验得知，在82℃下可以获得较好的浸锌层。

（2）AZ 91D镁合金经氟化处理、化学浸锌后，采用瓦特镀液进行快速电镀镍，可以在镁合金基体上获得结晶均匀细致、结合力好的镍层，较大地提高了其抗腐蚀性能，自腐蚀电位正移到-0.88V。

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