化学镀Ni-P镀层特征及性能的研究

发布时间：2017-12-18 03:20

  本文关键词：化学镀Ni-P镀层特征及性能的研究

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【摘要】：化学镀镍是提高金属材料腐蚀性能的一种非常重要的方法,但是一般来说化学镀镍都是一个多组分的系统它至少包含一个或多个添加剂如:络合剂、表面活性剂、稳定剂、促进剂等,工艺较为复杂成本较高,而且通常工艺中含有许多对环境有危害的化学试剂。聚乙烯吡咯烷酮是水溶性的、无毒,与生物相容的能力十分强,被普遍地应用于制药以及医疗中,以下简称PVP。我们希望尝试使用PVP作为一种新的、多功能的添加剂,研究一种绿色环保的、简单的聚乙烯吡咯烷酮系统去替代多组分的系统,以达到减少化学试剂的成本和简化化学镀工艺的目的。之后又利用电化学工作站、扫描电子显微镜、显微硬度计与X射线衍射仪等表征方法,研究了在聚乙烯吡络烷酮系统中不同实验操作条件例如,温度和pH值如何影响化学镀镍磷合金的镀液本身、镀层的沉积速率、组织形貌、耐腐蚀性以及硬度等。实验主要研究结果如下:(1)采用聚乙烯吡咯烷酮作为唯一添加剂,在AZ31基体上成功获得了Ni-P镀层,因此PVP被证明可以作为一种多功能的添加剂在AZ31镁合金上制备镍磷涂层,并且多功能添加剂PVP在溶液中的浓度对化学镀Ni-P合金有十分显著的影响。随着镀液中PVP浓度的增加Ni-P镀层的总沉积速率降低,而且不同浓度的PVP镀液沉积得到的Ni-P涂层的结构都是由晶态和不定型的混合物组成。Ni-P镀层在许多性能方面都十分优异,在硬度和耐腐蚀性方面相比没有化学镀处理的基体都有了显著的提高。并且当PVP浓度为10 g L-1时,Ni-P镀层的表面质量最优、厚度最高,因此硬度和耐腐蚀性能也相对较高。(2)在聚乙烯吡咯烷酮系统中温度对化学镀镀液本身以及化学镀的沉积速率、镍磷涂层的结构性能等都有十分重要的影响。由于温度会影响化学镀反应过程中离子的扩散速度,因此在聚乙烯吡咯烷酮系统中当温度从50℃变化到70℃时化学镀的沉积速率都是随着温度的增加而增加的,但是温度超过一定值时化学镀溶液的稳定性会变差,容易导致溶液分解从而使沉积速率下降,在聚乙烯吡咯烷酮系统中温度达到70℃时沉积速率达到了最大值18.51μmh-1。在不同温度下聚乙烯吡咯烷酮系统中沉积得到镀层的结构都是由结晶性能较优的Ni单质以及很少的结晶性相对较低的镍磷合金的混合物组成。由于涂层的表面质量、磷含量以及厚度等因素的影响,当温度为50℃和80℃时涂层的硬度和耐蚀性能相对较差,而温度为60℃和70℃时涂层的性能较好且这个两个温度下沉积得到的涂层性能变化不大。(3)同样,pH值对于聚乙烯吡咯烷酮系统的镀液本身以及化学镀的沉积速率、镍磷涂层的结构性能等也有十分重要的影响。由于化学镀镀液的pH值不同,化学镀的氧化还原反应总电势差就会不同、反应产生活性氢原子的速度不同,而且溶液中镍离子与次磷酸根的反应产物也会不同。而不同产物的溶解度也不同,因此在聚乙烯吡咯烷酮系统中当pH值从6变化到8时化学镀的沉积速率都是随着pH的增加而增加的。但是pH值太高时反应产物通常为HPO32-,而它的溶解度较低容易产生Ni HPO3沉淀,因此会使化学镀的沉积速率降低。在聚乙烯吡咯烷酮系统中pH达到8时沉积速率达到了最大值17.02μmh-1。而在聚乙烯吡咯烷酮系统中不同pH下沉积得到的镍磷涂层的结构同样也是由结晶性较好的Ni单质以及少量结晶性较差的镍磷合金的混合物组成。当pH值分别等于6和9时,镍磷涂层的沉积速率太低,导致涂层的质量不好且厚度较低因此其耐蚀性能和硬度都相对较低。而pH值在7和8之间时涂层的硬度和耐蚀性能相对较好。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：1302607