镁合金化学镀镍技术的现状及前景

刘忠强，赵 卓，武笑颖，王苹苹，康兆广

（山东省产品质量检验研究院，山东 济南 250102）

在21世纪，保护环境以实现可持续发展已成为世界各国共同关注的问题。作为一种非常重要的轻金属材料，新型环保材料镁镁合金在材料学科本身和社会发展方面具有非凡的开发和利用水平。金属镁有显著的优点：密度小，比强度高，加工容易，但也存在铸造性差，耐腐蚀性差，耐磨性差，易燃性等缺点。同时，镁又是地球上储量第八的富集元素。在含有大量金属的海洋中，含量约为0.13%;在地壳中的含量更大，约为1.93%[1]。

然而，纯镁的机械性能和结构性能很低，根据现实需要，有必要利用镁低密度的优点，并满足工业耐磨性，耐腐蚀性和阻燃性的要求。因此，出现了具有不同性能特征的各种镁合金。镁合金是目前最轻的金属结构材料之一，具有许多优异的性能：比强度高，比刚度高，密度约为铝的2/3，铁的1/4;镁合金还具有良好的导热性，导电性，尺寸稳定性，电磁屏蔽性，减震性，可加工性和再循环性。因此，镁合金材料的发展已成为各国材料研究者的重要研究课题，并被誉为21世纪电子产品外壳和轻型车辆的理想替代品。

然而，镁是一种极其活泼的金属，其标准电极电位为-2.37V，耐腐蚀性极差，限制了镁合金的使用。因此，当镁合金用作结构材料时，必须对其进行适当的表面处理以提高其耐腐蚀性，这对于发挥镁和镁合金的性能优势具有重要的实际意义。

镁合金通常通过电镀，化学镀或热喷涂获得金属涂层，使得贱金属获得涂层金属的一些优异性能。由于镁合金非常活泼，表面将迅速形成氧化膜,因此，非常难以对镁合金的表面进行电镀，在镁合金的直接化学镀镍之后，根据需要电镀耐腐蚀金属，但化学镀镍溶液的稳定性不太好。大规模生产应用需要进一步研究，并且废旧镁和镍的再利用会污染镁合金。

1 镁合金化学镀镍的研究现状

阳极氧化，微弧氧化，电镀，化学镀和有机材料涂层等工艺可以优化镁合金的抗腐蚀性。在许多表面处理中，化学镀镍具有高硬度，高耐磨性，高耐腐蚀性和表面亮度的优点。

1.1 制取中间层法

1.1.1 浸锌法

镁和镍之间的潜在差异很大。浸锌工艺首先发明了陶氏的陶氏工艺。Mahallawy等[2]对不同镁合金浸锌后的化学镀镍，涂层具有很强的粘接强度和良好的耐腐蚀性。钱建刚[3]研究了锌浸渍溶液的主要成分和工艺参数对所得锌浸渍层性能的影响。无需用氢氟酸预处理即可获得最佳的锌浸液，以获得具有良好粘结力的锌浸渍层。为了提高镁合金的耐腐蚀性，Gao Y R[4]在碱式碳酸镍溶液中采用镀锌工艺和化学镀镍。在新的锌浸渍溶液中，镁合金显示出具有均匀镀镍的紧密锌浸渍层。具有良好粘附性的涂层可有效保护基材。

1.1.2 化学转化

化学转化处理是指合金与特定溶液接触以引起化学反应，形成难溶性化合物膜层，在金属表面上具有良好的粘附性。任新等[5]采用锡酸盐转化工艺，在转化膜上得到的镀镍层具有较高的显微硬度和对镁合金基体的良好耐腐蚀性。Zhang W X等[6]研究了AZ91D镁合金的磷化，然后在硫酸盐镀液中进行了镍磷合金镀层。该方法降低了涂层的孔隙率，涂层更致密和均匀，并且提高了耐腐蚀性，并且预处理是环境友好的过程。Lian J S[7]开发了化学镀Ni-P工艺，以提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性。首先将镁合金在含有钼酸盐的磷酸锌溶液中磷化，然后进行无电镀。分散的金属锌颗粒充当镍磷沉积的催化核心。在磷酸盐膜上获得的镍-磷层具有致密的微观结构并且具有良好的耐腐蚀性。

1.1.3 微弧氧化

微弧氧化膜具有提高材料的硬度，耐磨性，耐热性和耐腐蚀性的优点。李建中[8]提出了一种以微弧氧化为预处理，以硫酸镍为主盐的化学镀工艺。刘志远[9]对微弧氧化系统进行了优化，在微弧氧化膜上制备了结晶碱性化学镀镍涂层，然后进行了酸性化学镀镍。微弧氧化-化学镀镍复合涂层具有良好的耐腐蚀性，致密性和耐腐蚀性。

1.2 直接化学镀镍法

作为一种新的处理方法，直接化学镀镍合金可以获得均匀，良好粘合的涂层，工艺简单，近年来受到越来越多的关注。化学镀镍层通常是二元Ni-P合金涂层。

1.2.1 二元合金镀层

用于镁合金化学镀镍的最常用的主要盐是碱式碳酸镍，硫酸镍和乙酸镍。传统方法（Dow，USA）中使用的主要盐是碱式碳酸镍。Ni-P合金直接无电镀在ZM21镁合金上，以碱式碳酸镍为主盐。涂层均匀，致密，与基材粘合良好，并具有良好的耐腐蚀性。

1.2.2 多元合金镀层

在镍-磷和镍-硼合金的基础上引入了新的元素组成，并获得了基于镍-磷和镍-硼的多合金化学镀。它可以与镍-磷和镍-硼共沉积大量的金属，如V,Mn,Cu,Cr,Sn,Zn和Pd。少量共沉积的有Fe,Co,W,Mo等金属。

在碱性柠檬酸盐浴中加入钨酸盐，得到的Ni-W-P镀层耐蚀性较好，当钨的质量分数为4.5%时，涂层具有最高的密度,故添加元素钨可提高镁合金的耐腐蚀性。施海芳等[10]通过在镁合金化学镀镍液中加入CeO2颗粒，得到了Ni-Ce-P化学复合涂层，提高了耐磨性。

2 前景展望

随着工业的发展，镁合金的优越性使得对镁合金的需求越来越多地应用。然而，镁合金的耐腐蚀性较差，通过化学镀镍可以提高耐腐蚀性。但是，目前镁合金的化学镀镍工艺环境性能差，工艺复杂，迫切需要改进。寻找一种更加优异的镍源是今后的努力方向,电镀液的高腐蚀性，稳定性差会使电镀性能受到很大的影响，改善和更换新的电镀液添加剂可以尽量稳定电镀性能。

因此，在确保优异的电镀性能的前提下，开发一种工艺简单，环保，弱腐蚀性和稳定的化学镀镍工艺已成为目前迫切需要解决的问题。