孫傳富， 劉新慶， 邵忠財(cái)

（1.駐672廠軍代室，黑龍江 齊齊哈爾161000；2.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

0 前言

鉬及鉬合金屬于耐高溫材料，但鉬材表面所生成的氧化膜毫無保護(hù)作用，因此，在高溫環(huán)境下會產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化［1-3］。用于電子材料領(lǐng)域的鉬片，通常是在其上鍍鉑以改善鉬片材料的導(dǎo)電性能、耐熱性能、釬焊性能，并減少或防止材料的氧化［4-6］。由于鍍鉑層具有優(yōu)良的耐熱性、耐蝕性、裝飾性和催化性等性能，已廣泛應(yīng)用于理化器具、電工材料、電鍍電極、玻璃工業(yè)材料、化工、汽車排氣觸媒以及裝飾品等領(lǐng)域中。另外，為了減少資源消耗，在很多行業(yè)中又進(jìn)行了鉑的回收利用［7-8］。

在鉬片上鍍鉑難度較大，直接鍍鉑往往黏附不牢，通常需要采用多層鍍并進(jìn)行擴(kuò)散退火，工藝較為繁瑣。本實(shí)驗(yàn)通過先在鉬基體上電鍍其他金屬，再在其表面鍍鉑，來提高鍍層的結(jié)合力和耐磨性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 氯鉑酸的配制

將鉑屑溶于王水中，用水浴蒸干，再用濃鹽酸潤濕沉淀后蒸干，如此重復(fù)3次，最后溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸中，即得到氯鉑酸。

1.2 工藝流程

1.3 酸性鍍鉑溶液配方

H2PtCl6（以Pt計(jì)）10g／L，K2SO450g／L，K2SO31.0g／L，pH值（用H2SO4調(diào)整）1.0。

1.4 鍍層性能測試

（1）結(jié)合力

采用彎曲法檢測鍍層與基體的結(jié)合力。將試樣沿一直徑等于試樣厚度的軸反復(fù)彎曲180°，直至試樣與基體斷裂，按鍍層起皮、脫落的程度來衡量其結(jié)合力。

（2）厚度

先將試片用清洗劑除油，干燥后稱出質(zhì)量m1（g）；再將試片按要求進(jìn)行施鍍，干燥后稱出質(zhì)量m2（g）。按下式計(jì)算鍍層厚度：

式中：d為鍍層厚度，μm；S為試片的表面積，cm2；ρ為鍍層的密度，g·cm-3。

（3）表面形貌

采用日立Hitachi S-4800型冷場發(fā)射電子顯微鏡觀察鍍層的表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝條件對鍍層結(jié)合力的影響

選取電流密度為1，3，6，9，12mA／dm2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著電流密度的增加，鍍層的結(jié)合力提高；但當(dāng)電流密度達(dá)到6mA／dm2后，鍍層的結(jié)合力下降。增加電流密度引起晶粒尺寸減小，晶粒之間的結(jié)合變得緊密。這是因?yàn)殄儗泳Я５拇笮∈蔷Ш松珊途Ш顺砷L這兩個過程相互作用的結(jié)果，當(dāng)晶體的成核速率大于晶體的成長速率時，鍍層晶粒較細(xì)膩。

鍍層的結(jié)合力隨著溫度的升高而增大。這主要是因?yàn)椋涸谄渌麠l件相同的情況下，升高鍍液溫度，會使金屬離子的擴(kuò)散速率加快，濃差極化降低，導(dǎo)致陰極極化降低；同時，由于鍍液溫度升高，離子脫水過程加快，離子和陰極表面的活性增強(qiáng)，電化學(xué)極化降低，陰極反應(yīng)加快，所以陰極極化也就降低，從而使鍍層結(jié)晶變粗。

隨著電鍍時間的增加，鍍層的結(jié)合力提高；但當(dāng)電鍍時間達(dá)到15min后，鍍層的結(jié)合力下降。這是由于隨著電鍍時間的增加，峰處晶體向谷處生長，使棱變得粗大而溝槽明顯縮小，整個鉬絲表面趨于平整。此時晶粒尺寸變得很小，且不再隨時間而變化。

對電流密度、溫度、電鍍時間這三個因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定鍍鉑的最佳工藝條件為：6mA／dm2，室溫，15min。得到的鍍層與基體結(jié)合良好，測得鍍層厚度為5μm。

2.2 鍍層的表面形貌

對于鍍鉑的試片，研究其鍍層性能，推測鉑離子在鉬絲表面隨時間的沉積情況。圖1為在最佳工藝條件下電鍍15min和30min后，所得鍍鉑層的表面形貌。

剛開始的時候，電荷集中在棱上；隨著時間的推移，棱表面趨于光滑，電荷也向谷處移動；直到最后整個鉬絲表面都變得光滑。晶粒尺寸的變化也可以歸結(jié)到電荷分布的變化上來。雖然電荷首先集中在棱上，但棱并不是完全光滑的，棱上往外凸的那些地方電荷相對較多，鉑晶體首先在那些地方生長，長成大微粒時輪廓變得模糊，此時鍍層出現(xiàn)裂紋，結(jié)合力變?nèi)酢?/p>

圖1 不同時間下鍍鉑層的表面形貌

2.3 鍍鎳時電流密度對鍍層的影響

為了進(jìn)一步提高鍍鉑層與基體的結(jié)合力，同時節(jié)約成本，采用酸性鍍鎳。鍍液組成為：氯化鎳240 g／L，鹽酸100mL／L。研究了鉬表面電鍍鎳的工藝，同時以此為鍍鉑的中間層。

選取電流密度為4，7，9，12，15mA／dm2進(jìn)行鍍鎳實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著電流密度的增加，鍍鎳層外觀先逐步增亮；當(dāng)電流密度增加到12mA／dm2以后，鍍層外觀出現(xiàn)燒焦的黑色。這是由于電流密度過大，鍍片的面積較小，單位面積上的沉積速率過快，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)上不能承受。隨著電流密度的增加，鍍層厚度增加，鍍層的結(jié)合力降低。這是因?yàn)樵诨w表面沉積的鎳離子過多，離子之間相互排斥，晶間力增大，鍍層不穩(wěn)定。因此，鍍鎳時最優(yōu)電流密度應(yīng)選擇9mA／dm2。

電流密度固定為9mA／dm2時，隨著電鍍時間的增加，鍍層外觀先變亮后變暗，鍍層厚度有所增加，結(jié)合力也是先增大后減??；電鍍時間為20min時，鍍層與基體的結(jié)合力達(dá)到最大值。這是因?yàn)殡S著電鍍時間的增加，金屬離子在基體表面沉積的時間增加，能夠使鍍層厚度有所增加；但是鍍層增加到一定厚度時，晶間力增大，晶體互相排斥，這就導(dǎo)致結(jié)合力的降低。外觀變黑是由于沉積電流密度過大，導(dǎo)致鍍層表面燒焦。

選取溫度為20，25，30，35℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：溫度對鍍層結(jié)合力的影響不大。為簡化工藝，選取溫度為室溫。

在電流密度9mA／dm2，室溫的條件下，對試樣進(jìn)行鍍鎳后，按最佳工藝條件在鍍鎳表面鍍鉑，雙金屬鍍層的厚度為13μm。采用彎曲實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)：鍍鉑的試片表面有起皮、發(fā)泡的現(xiàn)象，鍍鎳／鉑的試片表面沒有起皮現(xiàn)象。這表明采用預(yù)鍍鎳的方法制備的Ni／Pt鍍層與基體的結(jié)合力明顯優(yōu)于單獨(dú)Pt鍍層與基體的結(jié)合力。

3 結(jié)論

（1）鍍鉑的最佳工藝條件為：H2PtCl6（以Pt計(jì)）10g／L，K2SO450g／L，K2SO31.0g／L，pH值（用H2SO4調(diào)整）1.0，6mA／dm2，室溫，15min。得到的鍍層與基體結(jié)合良好，測得鍍層厚度為5 μm。鍍鎳的最佳工藝條件為：9mA／dm2，室溫，20 min。

（2）先在鉬表面預(yù)鍍鎳，然后再鍍鉑，能夠提高鍍鉑層的結(jié)合力。

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