鎂合金的機械輔助化學滾鍍Ni-P鍍層萍朝霞，袁俊濤，何業東，李小甘北京腐蝕磨蝕與表面技術重點實驗室，北京科技大學，北京100083，中國2008年7月15日完稿，2008年10月24日修改。鎂合金的機械輔助化學滾鍍Ni-P鍍層是以淹沒在電鍍化學鍍溶液中的鎂合金標本和陶瓷球滾制的。結果表明，Ni-P鍍層這種鍍層技術有一個結晶鎳磷固溶體結構。在400°C下經過一個小時熱處理后相對于傳統的化學鍍非晶態鎳磷鍍層顯示出更出色的細顆粒性，高硬度和高耐蝕性。經過相同的熱處理，我們可以發現這種結晶鎳磷固溶體結構鍍層不會觀察到類似于普通的化學鍍Ni-P合金鍍層中出現的嚴重裂縫。而且，Ni-P合金鍍層的硬度和耐腐蝕性還可以通過熱處理得到進一步的改善。所有的這些有利的性能改善都歸因于在機械研磨中起到重要作用的化學滾鍍。關鍵字：機械輔助化學滾鍍鍍層；結晶；耐腐蝕性；顯微硬度。1引言在機械輔助電鍍領域曾進行過許多研究，其早期研究的重點是通過機械方法來改變耗盡區的沉積表面。在過去，高速電鍍工藝的探究始于20世紀70年代。具有高孔隙度的硬顆粒圍繞在陰極表面移動。高孔隙率的硬顆粒可以隨時通過電解質到達電極表面。使耗盡層的厚度減小，同時限制了電鍍的速度增加。然而，最近的研究集中在機械輔助滾鍍涂料上。研究結果表明，復合材料的摩擦助劑、電鍍、化學鍍涂層的表面平穩，成磨粒狀，相對于傳統的涂層具有更大的硬度，在耐腐蝕性能上表現良好，可以更大的極化電阻。通常應用于機械研磨處理中的三種方法有：1在水平或垂直方向安放振動玻璃球，2試件攪拌溶液，3陶瓷球。但這些方法都許多的局限性，水平和垂直振動玻璃球只適用于單面電鍍和無電電鍍，攪拌溶液只適合小試件的無電電鍍。因此，人們意識到應當找到一個新的方法解決上述問題。滾鍍方法適用于電鍍，這種方法起源于南北戰爭的后期，設備很容易適應當時的木制桶、或桶子。隨著化學，電學，以及材料學知識的發展，科技的進步使筒形金屬加工設備批量整理生產成為可能。今天滾鍍設備的構造，其淹沒部分盡可能的增大，導電性強，化學惰性穩定，可以利用于各種酸和堿溶液。第二次世界大戰之后塑膠材料的演變使得滾鍍技術取得巨大的進步，具有了良好的性能，和較長的壽命。那個時候，電鍍桶以生產更多的正塑膠或酚醛材料而聞名于世。在上述研究的基礎上，我們采用機械研磨（MA）化學滾鍍Ni-P工藝對涂層中鎂合金的組織和性能進行修改。機械生產中的攪拌溶液和震動球的應用在其他出版物中已有報導。本次研究中我們將探討機械輔助作用下滾鍍涂層中鎂合金涂層的性能。與機械攪拌方法比較而言，機械輔助滾鍍有一些優點。首先，之前的攪拌方法只適用于小試件電鍍，如果試件大，很難激發電鍍，而機械輔助滾涂可以存放在大試件。其次，機械輔助滾鍍的涂層可以更加均勻，涂層的質量也大大提高。第三，因為統一的電鍍生產機械輔助滾鍍，波動的涂層厚度差較小，而且攪拌后，涂層厚度均勻。所以機械輔助更有益于進行電鍍。減小了化學鍍的鍍區尺寸誤差。2試驗程序機械輔助化學滾鍍的電鍍集的圖式表現圖1樣品被鍍鎂合金，每個樣品有統一尺寸：100毫米X50毫米X3毫米。鎂合金成分（質量分數）：鋁2.33mg鋅1.27mg,錳0.68mg，鐵0.68mg。樣品表面被材料包圍，砂礫沉積前完成。該樣本第一次超聲波脫脂在乙醇中浸泡10分鐘。用去離子水沖洗，用堿清洗，再用去離子水徹底沖洗一次，堿中和酸，用去離子水沖洗，交替進行，然后用去離子水沖洗。清洗液組成和操作條件，預處理的電鍍液和電鍍參數分別列于表1和表2。機械輔助化學滾鍍與傳統化學鍍均在75士2°C溫度下進行，與每個電鍍過程持續了40分鐘。一些鍍金樣品在400°C下退火1小時。注意觀察因結晶導致的開裂現象。進行X射線衍射分析（X射線衍射，PW3710，飛利浦）來觀察熱處理后沉積涂層和涂層的表征晶體結構。對表面和橫斷面形貌涂層用顯微鏡（掃描電子顯微鏡，掃描電鏡一64801v）進行電子掃描，用連接著掃描電鏡的X射線能量色散譜儀（EDS）分析組成的涂層的化學成分。該涂料的硬度是通過負載2.9N，持續時間20秒的數字顯微硬度儀（人類視覺系統一1000）來衡量的。最少通過檢測十個來得到樣品的平均硬度值。陽極極化和電化學阻抗譜表面測試于電化學工作站（CHI660C，上海）在3.5%氯化鈉溶液中進行。在室溫下用一個三電極電化學電池與白金版作為電極，飽和甘汞電極面（SCE242毫伏vs.NHE）作為參考電極。每個樣品測試的暴露面積為1平方厘米，其余部分是由一個防腐膠帶覆蓋。交流阻抗譜環境為：頻率范圍為10HZ——100HZ，外加交流微擾勢10毫伏振幅。電化學阻抗譜數據進在Zsimpwin軟件中模Boukamp's算法實現。3實驗結果表面形貌圖片2a，2b和2c，2d是二維掃描電鏡照片，照片顯示出在鎂合金化學鍍金上沒有鎳磷鍍層且無機械有效電阻的表面形貌的結果。機械輔助化學滾鍍Ni-P鍍層有一個比傳統的化學鍍鍍層更加光滑的表面。雖然機械輔助化學滾鍍鍍層表面的鎳磷涂層表現出典型的“菜花狀”，但其“菜花狀”的尺寸卻是在200納米以下。而在普通油液化學鍍金的鍍層的表面“菜花狀”約為5-20微米。由此可見機械輔助化學滾鍍工藝，可使涂層的表面更加光滑。在400C溫度下進行熱處理1小時，其表面形貌如圖3a和3b所顯示。常規化學鍍涂層和機械輔助化學滾鍍層差異明顯。電鍍滾表面出現裂縫。而加有鎳磷涂層的機械輔助化學鍍層的表面沒有裂縫。常規化學鍍鍍層由小孔隙形成，而機械輔助化學滾鍍鍍層表面沒有毛孔及縫隙。觀察機械輔助化學滾鍍鍍層的表面。比較圖片3b與圖片2d可知，機械輔助化學滾鍍層的表面形態在熱處理前后幾乎保持不變。可見機械化學滾鍍技術解決鎂合金鍍層出現嚴重裂縫的問題。成分和物相分析。經過色散光譜分析實驗表明，傳統的化學鍍Ni-P涂層磷含量約為8.6%而機械輔助化學滾鍍中Ni-P合金鍍層的磷含量為8.1%。當磷含量均高于8%時機械輔助化學滾鍍中鎳磷涂料通常是可以提前決定的，而傳統的化學鍍則是無法提前定量的。圖5中的曲線證明普通化學鍍鎳磷鍍層在沒有經過熱處理下是非晶結構的。圖a8表明輔助化學滾鍍生產中只有在熱處理中使用催化劑鎳的催化作用下才能形成其鍍層的結晶結構。經過熱處理后我們可以看到機械輔助化學桶鍍層完全成為鎳-磷合金相狀態，如圖5中示。相對于平衡溶解鍍以及具有較多的磷原子的具有一定非晶結構的結晶鍍而言，鎳相鍍含有更多的磷原子。3.3顯微硬度硬度測試結果表明，隨著Na.HP02?H20含量的增加，傳統的化學鍍和機械輔助化學滾鍍鎳磷鍍層的硬度逐漸增強，機械輔助滾鍍下鎳磷鍍層的顯微硬度高于200HV。從而表明鎳磷涂層的耐磨性得到很大的提高。經過熱處理后隨著Na.HPO2?H20含量的增加，傳統的化學鍍和機械輔助化學滾鍍鎳磷鍍層的硬度也逐漸增強。經過熱處理后的機械輔助鍍的顯微硬度高于200HV,詳見圖片6。3．