康 鑫，沈岳軍

（貴州航天電器股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550009）

0 引言

鋁在地殼中作為儲(chǔ)量較豐富的元素之一，其中鋁的化學(xué)活性較優(yōu)越，其自然環(huán)境中的存在形式多以離子或化合物的形式。1886 年，在提煉金屬鋁時(shí)用到的方法是電解氧化鋁。到了1888年拜耳法，氧化鋁能夠從鋁土礦中生成，同時(shí)通過(guò)直流電解技術(shù)的發(fā)展，使其較大規(guī)模的生產(chǎn)鋁合金。鋁合金有著優(yōu)越的性能，如：比強(qiáng)度高、比重小、導(dǎo)電導(dǎo)熱優(yōu)良和易加工，廣泛應(yīng)用于軍用產(chǎn)品和民用產(chǎn)品領(lǐng)域[1]。鋁、鎂、硅、鐵及其合金是鋁合金中的主要元素，材料涉及的其他合金會(huì)造成材料應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致所使用的元器件提前失效，為保障元器件的相關(guān)性能，目前鋁合金上基本采用電鍍和化學(xué)鍍的方法，提高鋁合金材料綜合性能。在鍍液中加入第三相使鎳磷合金一起沉積是化學(xué)復(fù)合鍍的主要原理以及制備復(fù)合鍍層的主要方式之一。

化學(xué)鍍鎳-磷-鎢合金自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其優(yōu)越的耐磨性和耐蝕性，廣泛應(yīng)用于武器裝備制造業(yè)。許曉麗[2]在制備得到化學(xué)鍍Ni-W-P 合金鍍層為酸性鍍，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得出最優(yōu)配方是硫酸鎳20g/L、鎢酸鈉20g/L、次磷酸鈉20g/L、絡(luò)合劑40g/L、緩沖劑20g/L，pH 為6。并在此條件下研究了各因素在對(duì)耐硝酸變色時(shí)間的影響大小順序依次是：硫酸鎳的質(zhì)量濃度、pH、鎢酸鈉質(zhì)量濃度、檸檬酸鈉質(zhì)量濃度、次磷酸鈉質(zhì)量濃度、硫酸銨的質(zhì)量濃度。陳鈺秋等[3]研究了鍍液pH 與主鹽濃度比（c[WO42-/[Ni2+]）、絡(luò)合劑和穩(wěn)定劑的濃度對(duì)化學(xué)鍍Ni-W-P 合金鍍層及鍍層中磷與鎢含量的影響。表明了想在鍍層中獲得高鎢與高磷含量，需要同時(shí)提高絡(luò)合劑與主鹽鎢酸鈉的濃度。在研究過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鎢鹽溶于酸性溶液中，易析出淡黃色的WO3·nH2O 膠體，會(huì)使得鍍液失效。故化學(xué)鍍Ni-W-P 較常選用的pH 范圍是8.5～9。在化學(xué)鍍Ni-W-P中，較常使用的穩(wěn)定劑是Pb2+、Cu2+。但是，Cu2+在對(duì)鍍層成分及沉積速率的影響較為復(fù)雜，因?yàn)镃u2+自身也參與了沉積過(guò)程。與化學(xué)鍍Ni-P 相比，化學(xué)鍍Ni-W-P 有著更好的熱穩(wěn)定性。W 的加入使得結(jié)晶顆粒粗化。在熱處理后，鍍件硬度明顯增大。

本文通過(guò)研究施鍍溫度和施鍍pH 對(duì)化學(xué)鍍鎳-磷-鎢鍍層綜合性能的影響，實(shí)驗(yàn)出鎳-鎢-磷鍍的最佳參數(shù)，提升施鍍的鎳磷鎢鍍層的綜合性能，提高鋁合金本身的性能，實(shí)現(xiàn)電子元器件等行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 零件生產(chǎn)及性能測(cè)試

1.1 鋁合金化學(xué)鍍鎳工藝流程

①除油→②微蝕→③去灰→④浸鋅→⑤鍍→⑥烘干

1.2 性能檢測(cè)

1.2.1 沉積速率

化學(xué)鍍前后鍍件質(zhì)量變化需用電子天平稱(chēng)量鍍件在，按式（1）計(jì)算沉積速率。

式中：A——基體表面積，cm2；m1——施鍍前工件質(zhì)量，mg；m2——鍍后工件質(zhì)量，mg；t——時(shí)間，h；ν——沉積速率，mg·cm-2·h-1。

1.2.2 鍍層耐蝕性

用鋁試劑的方法測(cè)試鍍層孔隙率。操作方法為：根據(jù)《工產(chǎn)品金屬鍍層的孔隙率測(cè)試方法》（QB/T 3823—1999），將零件浸入溶液中，進(jìn)行數(shù)零件表面點(diǎn)的方式，溶液組成時(shí)鋁試劑（3.5g/L）和氯化鈉（150g/L）。在室溫下浸沒(méi)10min，用水沖洗吹干后，進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)紅點(diǎn)個(gè)數(shù)除以工件面積得出孔隙率，其中，孔隙率越少說(shuō)明鍍層耐蝕性較好，孔隙率越多說(shuō)明鍍層耐蝕性較差。

1.2.3 顯微硬度

鍍層硬度使用顯微硬度計(jì)（型號(hào)：HV-1000 型）進(jìn)行測(cè)定。選擇合適的載荷進(jìn)行操作，同時(shí)要利于讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，保障結(jié)果的轉(zhuǎn)缺陷[3]。通過(guò)文獻(xiàn)的閱讀與反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定硬度的載荷（100g），測(cè)定硬度的加載時(shí)間（10s），工件取四個(gè)棱角和中間區(qū)域作為測(cè)量區(qū)域，最終算取硬度的平均值。

1.2.4 鍍層微觀形貌

Ni-W-P 鍍層的表面貌是使用場(chǎng)發(fā)射SEM 來(lái)觀察和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 施鍍溫度的影響

通過(guò)書(shū)籍和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，影響化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的主要參數(shù)是溫度。不同的溫度對(duì)離子速率和溶劑的活性影響較為關(guān)鍵，進(jìn)而直接影響金屬沉積的快慢，甚至對(duì)鍍層中的成分的多少和結(jié)構(gòu)起到影響，同時(shí)影響著基體和鍍層之間的結(jié)合力和鍍層的結(jié)晶以及鍍層的耐蝕性[4]。因此，為化學(xué)鍍合金鍍層選擇合適的溫度是極為重要的。

鍍液配方為硫酸鎳為18～20g/L 作為主鹽一，鎢酸鈉為20～22g/L 作為主鹽二，次亞磷酸鈉為25～30g/L 作為還原劑，檸檬酸鈉28～30g/L 作為絡(luò)合劑，醋酸鈉15～20g/L 作為緩沖劑，穩(wěn)定劑為1～2mg/L，施鍍時(shí)間為1h，pH 為8.5。通過(guò)在不同溫度下施鍍，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出不同施鍍溫度對(duì)沉積速率、鍍層孔隙率和鍍層耐蝕性等的影響，如圖1 所示。

圖1 溫度對(duì)施鍍效果的影響

由圖1 可知，溫度的升高，會(huì)使施鍍效果沉積速率增加，且在76～88℃區(qū)間中，隨著溫度增加，沉積速率一直增加的狀態(tài)。溫度越高，提供反應(yīng)的活化能越高，反應(yīng)越為劇烈。當(dāng)鍍液溫度為80℃時(shí)，鍍層的顯微硬度為642.6HV，同時(shí)在該數(shù)值下，鍍層孔隙率為0.64 個(gè)/cm2，孔隙率較低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)溫度的持續(xù)增加，復(fù)合鍍層的孔隙率隨之增多，鍍層顯微硬度持續(xù)降低。綜合鍍層相關(guān)性能表征數(shù)據(jù)來(lái)看，上述配方中最佳工藝溫度應(yīng)為80℃。

2.2 施鍍pH 的影響

圖2 中影響鍍層孔隙率、鍍速、鍍層耐蝕性清楚的表達(dá)在圖中。隨著pH 的增加，沉積速率增加，當(dāng)pH 為7.8 時(shí)，沉積速率可以達(dá)到16.66mg·cm-2·h-1。但是當(dāng)pH 為8.0 時(shí)，鍍層硬度達(dá)到最高為645.7HV，孔隙率為0.64 個(gè)/cm2。當(dāng)pH 為8.0 時(shí)，鍍層性能較為優(yōu)良。故該配方下的溶液施鍍pH 為8.0。

圖2 pH 對(duì)施鍍效果的影響

通過(guò)化學(xué)鍍鎳-磷-鎢反應(yīng)原理來(lái)看，氫離子不斷產(chǎn)生，所以施鍍pH 隨著反應(yīng)的進(jìn)行持續(xù)降低。若不對(duì)鍍液中的酸堿度進(jìn)行調(diào)整，鍍液就會(huì)失調(diào)，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果鍍層綜合性能將會(huì)出現(xiàn)不優(yōu)，達(dá)不到預(yù)期。在實(shí)驗(yàn)中和反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，要對(duì)鍍液的pH 監(jiān)控起來(lái)，及時(shí)調(diào)整鍍液的pH，補(bǔ)加pH 使用1:1 氨水進(jìn)行調(diào)整。

2.3 最佳溫度和pH 微觀形貌

化學(xué)鍍Ni-W-P 合金鍍層微觀形貌如圖3 所示，鍍層表面均由帶狀突起物構(gòu)成，鍍層表面致密，無(wú)明顯針孔和孔隙。

圖3 鍍層的掃描電鏡圖

3 結(jié)論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)鍍液pH 和實(shí)驗(yàn)溫度的單因素實(shí)驗(yàn)可以看到，施鍍溫度為80℃，施鍍pH 為8.0 鋁合金化學(xué)鍍鎳-磷-鎢復(fù)合鍍層最佳，此時(shí)孔隙率、最佳施鍍pH 為較低為0.64 個(gè)/cm2、顯微硬度可以達(dá)到640HV 以上。