徐 琦，梁永政

（1.國(guó)家建筑城建機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，長(zhǎng)沙 410013；2.安陽(yáng)工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000）

鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的輕金屬元素之一，地殼中鎂含量為2.5%，海洋中含量為0.13%，是僅次于鋼鐵和鋁的第三大結(jié)構(gòu)材料[1]。但純鎂為密排六方晶格結(jié)構(gòu)，塑性較低，力學(xué)性能較差，與鋁、鋅、鋯及稀土等元素構(gòu)成合金后，其性能將大大提高[2].鎂合金的密度小，是目前工程應(yīng)用中質(zhì)量最輕、比強(qiáng)度最高的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、汽車(chē)和電子通訊工業(yè)中正得到日益廣泛的應(yīng)用[3]，被認(rèn)為是21世紀(jì)最富于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色材料”[4]。

鎂是一種極其活潑的金屬，平衡電位僅為-2.34 V，呈現(xiàn)出極高的化學(xué)和電化學(xué)活性，耐蝕性差，同時(shí)，它在表面硬度、耐磨性能等方面也很難達(dá)到較高的使用要求[5]，因此鎂合金產(chǎn)品使用前必須進(jìn)行表面處理。鎂合金的表面處理方法很多，大致可以分為三類(lèi)：化學(xué)處理、陽(yáng)極氧化和金屬鍍層[6]，這三種方式要么工藝復(fù)雜，要么處理效果不好。目前最有優(yōu)勢(shì)的是微弧氧化，微弧氧化處理簡(jiǎn)單，處理后耐蝕性大大增強(qiáng)，但處理后膜層的耐磨性差，有待提高?；瘜W(xué)鍍是利用金屬在還原性液體中具有的自催化性質(zhì)，將金屬沉積在基材表面[7]。將微弧氧化和化學(xué)鍍結(jié)合起來(lái)，在微弧氧化膜表面鍍一層耐磨金屬，則可以提高膜層的耐磨性，同時(shí)對(duì)微弧氧化膜層的表面孔洞起到封孔的作用，可以提高膜層的耐蝕性和耐磨性?；瘜W(xué)鍍過(guò)程中，鍍液的穩(wěn)定性至關(guān)重要，和鍍液的成分有很大關(guān)系，為此，本文主要研究了鍍液成分對(duì)鍍液穩(wěn)定性以及鍍層質(zhì)量的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 微弧氧化膜制備

試驗(yàn)用合金為A Z 61鎂合金，在電阻坩堝爐中熔煉，熔煉后在700℃溫度下金屬型中澆鑄成直徑為50mm的圓棒，然后機(jī)加工成直徑25mm，厚10mm的圓餅[8]34.試驗(yàn)采用10k W微弧氧化裝置，在具有攪拌和冷卻系統(tǒng)的試驗(yàn)槽中氧化。采用優(yōu)化的硅酸鈉電解液，配方為：硅酸鈉15g/L；氟化鉀13g/L；氫氧化鈉2g/L；甘油 10m l/L[9]，氧化時(shí)間為 10m i n.

1.2 化學(xué)鍍層制備

鍍液的組成成分主要是主鹽、還原劑、緩沖劑、絡(luò)合劑以及活性劑，為研究各個(gè)成分對(duì)鍍層質(zhì)量的影響，配置了不同的鍍液進(jìn)行化學(xué)鍍，觀察各種成分對(duì)鍍層質(zhì)量的影響。各鍍液組成如下：

（1）主鹽+還原劑[2]50；

（2）主鹽+還原劑+單一緩沖劑[2]50；

（3）主鹽+還原劑+復(fù)合緩沖劑[2]50；

（4）主鹽+還原劑+復(fù)合緩沖劑+單一絡(luò)合劑；

（5）主鹽+還原劑+復(fù)合緩沖劑+復(fù)合絡(luò)合劑。

本實(shí)驗(yàn)各成分含量如下：硫酸鎳35g/L（N i S O4·6 H2O），次亞磷酸鈉 35g/L（N a H P O2·H2O），單一緩沖劑80g/L，復(fù)合緩沖劑120g/L，復(fù)合絡(luò)合劑70g/L，表面活性劑1g/L.加入順序?yàn)橹鼷}+絡(luò)合劑+緩沖劑+緩沖劑+絡(luò)合劑+還原劑。選用氯化亞錫作為微弧氧化膜層表面化學(xué)鍍鎳磷合金的敏化劑，氯化亞錫水溶液濃度為11g∕L，敏化時(shí)間60s.活化劑為0.25g∕L的氯化鈀，活化時(shí)間為30s[8]34.敏化、活化后將試樣放入鍍液中并固定進(jìn)行化學(xué)沉積60m i n得到鍍層。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩沖劑的影響

將混合好的鍍液1入恒溫水浴箱中保溫，溫度恒定后將試樣放入鍍液中開(kāi)始化學(xué)鍍。初始反應(yīng)非常緩慢，但隨后即快速反應(yīng)，試樣表面生成大量氣泡，持續(xù)3min后，有黑色顆粒從鍍液中沉淀出來(lái)且鍍槽內(nèi)壁有一層光亮的金屬層，該金屬為金屬鎳，這表明鍍液進(jìn)入自分解狀態(tài)。觀察試樣，不再有任何反應(yīng)，取出試樣觀察，發(fā)現(xiàn)試樣表面覆蓋一層黑色物質(zhì)，該黑色物質(zhì)疏松，工具輕輕一碰即掉，沒(méi)有任何結(jié)合強(qiáng)度。

為研究單一緩沖劑的影響，取一試樣放入鍍液2中進(jìn)行化學(xué)鍍。試樣放入后反應(yīng)即可開(kāi)始，試樣表面冒出均勻的小氣泡，比起沒(méi)有緩沖劑，反應(yīng)速度大大降低。20m i n后，在鍍槽內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)有鎳層出現(xiàn)，25min后，發(fā)現(xiàn)鍍液開(kāi)始分解。所得到的鍍層如圖1所示。由圖1可以看出，鍍層表面顆粒分布較為均勻，呈灰色無(wú)金屬光澤。由此可以看出，加入單一緩沖劑后，可以使鍍液的穩(wěn)定性有所提高。

取一試樣放入配置好的溫度恒定且含有復(fù)合緩沖劑的鍍液3中進(jìn)行化學(xué)鍍。試樣放入大約1min后即開(kāi)始分解且速度很快，得到的化學(xué)沉積鎳層如圖2所示。

由圖2 a）可知，化學(xué)沉積的鎳層顆粒細(xì)小，無(wú)固定形狀，在整個(gè)表面均勻分布。鎳層顆粒大部分無(wú)固定形態(tài)，但也會(huì)有少量的顆粒呈現(xiàn)出規(guī)則的球狀，而且球狀顆粒還不斷長(zhǎng)大，呈現(xiàn)出大小不同的球狀，如圖2 b）所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，加入復(fù)合緩沖劑并不能使鍍液保持穩(wěn)定。

圖1 加單一緩沖劑得到的鍍層形貌

圖2 加復(fù)合緩沖劑得到的鍍層形貌

2.2 絡(luò)合劑的影響

取一試樣，待鍍液4溫度恒定以后，放入鍍槽進(jìn)行化學(xué)鍍。觀察整個(gè)過(guò)程，反應(yīng)平緩穩(wěn)定，60m i n內(nèi)鍍液成分穩(wěn)定，無(wú)自分解現(xiàn)象發(fā)生，鍍槽內(nèi)壁也沒(méi)有鎳層生成。為測(cè)定鍍液穩(wěn)定性，將該鍍液取出后密封放置進(jìn)行觀察，約24 h后看到容器內(nèi)壁開(kāi)始有光亮的鎳層生成，但此時(shí)鍍液仍是單一液體，無(wú)分層現(xiàn)象。約48 h后發(fā)現(xiàn)有黑色顆粒從鍍液中析出，這表明鍍液進(jìn)入了自分解狀態(tài)。數(shù)小時(shí)后分解完畢，容器內(nèi)的鍍液變成澄清的無(wú)色溶液和黑色沉淀層[8]35.試樣表面鍍層如圖3所示，鍍層為淺灰色物質(zhì)無(wú)光澤，表面粗糙略顯疏松且有明顯的裂紋生成。加入單一絡(luò)合劑后，鍍液穩(wěn)定性大大提高，但最終分解，因此加入單一絡(luò)合劑并不能使鍍液長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。

圖3 加入復(fù)合緩沖劑與單一絡(luò)合劑得到的鍍層形貌

取一新試樣，放入從新配置的含有復(fù)合緩沖劑和復(fù)合絡(luò)合劑的鍍液5中進(jìn)行化學(xué)鍍。化學(xué)鍍過(guò)程平穩(wěn)，化學(xué)鍍結(jié)束后（60m i n），鍍液沒(méi)有發(fā)生變化，沒(méi)有顆粒從鍍液中析出，這說(shuō)明鍍液穩(wěn)定沒(méi)有分解。觀察鍍槽，其內(nèi)壁和反應(yīng)前一樣，沒(méi)有任何沉淀物。試樣表面得到的鍍層均勻致密，具有明顯的金屬光澤。試樣放到強(qiáng)酸性?huà)伖庖褐校l(fā)現(xiàn)表面迅速變黑，之后再無(wú)任何反應(yīng)，這表明得到的鎳層化學(xué)活性很好且耐酸蝕能力很強(qiáng)[2]50.化學(xué)鍍層的表面形貌和截面形貌如圖4所示。從圖4可知，鍍層表面顆粒成球狀均勻分布，鍍層均勻致密。將用過(guò)的鍍液裝在一容器內(nèi)密封，96 h候后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有分解現(xiàn)象。由此可以看出復(fù)合絡(luò)合劑可以使鍍液變得非常穩(wěn)定，且得到的鍍層外觀良好。此外，從整體外觀看來(lái)，鍍層形貌完全看不出原微弧氧化膜層形貌，這說(shuō)明鍍層在原膜層突起處的生長(zhǎng)速度要小于孔洞和裂紋處的生長(zhǎng)速度。

圖4 加入復(fù)合緩沖劑與復(fù)合絡(luò)合劑得到的鍍層形貌

3 結(jié)論

1）單一緩沖可以使鍍液穩(wěn)定性有所提高，復(fù)合緩沖劑并不能提高鍍液穩(wěn)定性。

2）絡(luò)合劑的作用非常重要，單一絡(luò)合劑能在一定時(shí)間內(nèi)保證鍍液穩(wěn)定性，而復(fù)合絡(luò)合劑能長(zhǎng)時(shí)間保證鍍液的穩(wěn)定性。

3）化學(xué)鍍鎳可以在微弧氧化膜層表面形成完整的一層鎳層，在孔洞和裂紋處的生長(zhǎng)速度大于突起處。

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