热处理对掺铜CR-C镀层结构、磨损性能的影响

热处肌F掺一C敛构、热处理对掺铜C卜C镀层结构、磨损性能的影响倪利炜。梁爱民，杜振亭1西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100；2中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州730000摘要1为了全面了解热处理温度对CRCCU电镀层性能的影响，分别使用XPS，XRD，MH一5VM显微硬度仪和SRVIV微动摩擦磨损试验机考察了不同热处理温度下镀层的形貌、成分、硬度及磨损性能。结果表明三价铬镀铬液中掺入铜离子更易获得平整均匀的镀层；CRCCU镀层镀态及其200OC热处理后的主要物相为非晶相，400OC热处理后的主要物相为具有面心立方CUFCCCU晶格的CRCU固溶体合金相，600OC热处理后的CRCCU镀层中的主要物相转变为具有体心立方CRBCCCR晶格的CRCU固溶体合金相；CU原子在CRCCU镀层中以金属键的形式存在；CRCCU镀层镀态时具有最佳的抗磨损性能，随着热处理温度升高，抗磨损性能呈先降后升的趋势，经400热处理后的镀层抗磨性最差；CRCCU镀层在镀态和经不同温度热处理后的抗磨性能均优于同样条件下的CRC镀层。关键词三价铬电镀；CRCCU合金镀层；热处理；相组成；磨损性能中图分类号TQ1532文献标识码A文章编号100115602012090025040前吉1试验镀铬层具有较高的硬度和良好的耐磨耐蚀性，在五金、电子、汽车等行业获得了广泛的应用。六价铬镀铬液毒性大，污染环境，电流效率较低。三价铬镀铬液的毒性约为六价铬的1，具有电流效率高、能源消耗小、可常温操作、废水处理简单等优点。但是，铜离子对三价铬镀铬液性能的影响比较明显，当其为10MGL时，镀铬层便呈现隐约的黑雾状，并且不减弱其力学性能。在功能性三价铬镀铬液中加入适量的铜离子，可以有效地改善其均镀能力，获得均匀、平整的厚铬镀层，而且其工艺可控性更好。过去，国内外对镀铬层的热处理前后的力学性能有所研究I4J，而对其摩擦学性能的研究很少。为了全面了解CRCCU合金镀层的性能，本工作对掺铜前后的三价铬厚铬镀层作了不同温度的热处理，并对比了其微观结构和磨损性能；发现CRCCU镀层中CU含量非常低时，具有与CRC镀层明显不同的结构特征，具有更加优异的抗磨性能。收稿日期20120430通信作者杜振亭1975一，副教授，主要研究天然产物的合成，电EMAILDUZTSWUAFEDUCN11I艺技术基材为24AM78MM不锈钢，前处理表面抛光至镜面，清洗、烘干；局部涂覆防蚀漆，留下2AM表面待镀；烘干后碱液清洗，去离子水洗净，浸于330GLHC1溶液中常规活化15S左右；迅速用去离子水冲洗干净。然后，将基材挂入玻璃电镀槽内进行电镀。电镀初期，先使用约2倍于平均电流密度的电流进行3次冲击，每次不超过5S，然后以1012ADM的电流密度电镀100MIN。电镀液成分及工艺参数见表1，所用原料均采用分析纯试剂，电镀液用去离子水配制。表1镀液组成及工艺条件乙眯浩材叶慷热处埘掺CR一镀结卡勾、螂拟性能的影响图4。由图4可见CRCCU镀层的主要物相为非晶相，经200热处理后，镀层的主要物相组成未发生显著变化，仍显示非晶态物质胞状峰特征；经400热处理后，镀层结构发生了显著变化，主要物相为具有面心立方CU晶格FEECU的CRCU固溶体合金相，还出现了少量的具有体心立方CR晶格BEECR的CRCU固溶体合金相。CRCCU镀层中CU含量约为038，在析出的具有面心立方CU晶格的CRCU固溶体合金相中，CR原子占绝大多数，少量的CU原子则以置换取代的方式与CR原子共存于面心立方CU晶格中；经600热处理后，CRCCU镀层结构与400时有本质的不同，主要物相为具有体心立方CR晶格的CRCU固溶体合金相，有少量的具有面心立方CU晶格的CRCU固溶体合金相，还含有极少量CR的碳化物和氧化物等硬质相，与CRC镀层相似。显然，在400600OC热处理后，镀层中的平衡态物相为具有面心立方CU晶格的CRCU固溶体和具有体心立方CR晶格的CRCU固溶体的混合相，上述镀层XRD谱分析的结果与CU。CR二元合金相所显示的平衡态物相结构是一致的J。6FM50FL4FML3LL12FHIOJN2030405F607089020镀态镀203FJ405F6F7FL8F9F2T4FI21304】506F70809020。12FM2JFL4F5FFJ7FLFJU2”CRCCU镀层中除了含有CR，CU元素外，还含有C，H和0等元素。其中，H来自于电镀过程的析出氢，C可能来自于镀液中尿素、甲酸等含C有机物的还原析出，而元素0可能是由于电镀过程中有机物夹杂或热处理过程中镀层的氧化而引入。因此，在镀态镀层的非晶相中，至少应有CR，CU，C，H原子混杂共存；随着热处理温度的提高和热处理时间的延长，镀层中H原子会逐渐从镀层中向外扩散直至全部逸出，经200OC热处理后镀层的非晶相中，应至少有CR，CU，C原子混杂共存；在400热处理后镀层的面心立方CU晶格CR。CU固溶体和体心立方CR晶格CRCU固溶体中，应当有C原子存在于晶格的填隙位置中；600热处理后镀层中出现的极少量CR的氧化物很可能是由于镀层表面在高温下的氧化造成，其中出现的极少量CR的碳化物则是由于高温下镀层中铬与碳的反应而产生。4种CUCCU镀层显示出十分丰富的物相结构特征。CRCCU镀层不同温度热处理前后，与CRC镀层在元素构成和物相组成方面均显示出很大的差异，造成其在摩擦学性能和力学性能的不同。23热处理温度对镀层硬度的影响图5为CRCCU及CRC镀层经过不同温度热处理前后的硬度。由图5可以看出随着热处理温度的升高，2种类型镀层的硬度都在不断上升，200600时，镀层硬度的上升幅度尤为显著；镀态镀层为非晶态，内部原子排列呈无序状态，硬度较小，当热处理温度升高时，镀层由非晶态或微晶态向晶态转化，并增加其塑性抗变能力，从而提高了其硬度；CRCCU镀层经200热处理后，因为CU原子进入CRC格子中，引起了晶格畸变，使其硬度较CRC的高，经400600热处理之后，由于镀层中晶粒以及新的硬质相CR的碳化物和氧化物逐步析出，由CU原子进入所引起的硬度增大效应就趋于弱化，与CRC镀层的硬度逐渐接近。0IFK2H3004FF500600，X5热处殚温度对掺铜FJ订镀硬度的影响24热处理温度对镀层磨损性能的影响CRCCU镀层与CRC镀层经不同温度热处理后的磨损率变化见图6。由图6可知2类镀层的磨损一LR三，1614三二I2墼LI16热处理濉度刈饿磨损率的影响笛7。潞、C潞材叶摄妒MMMMWM432O98768S0ZL，寸0软熔工艺对镀锡板孔隙率的由图9可以看到，淬水温度在35CC左右时PHG值极小，孑L隙率较低，耐蚀性较好。结晶学理论认为软熔锡层的结晶过程和其他金属一样也是由形核和长大2阶段完成的随着淬水温度的降低，锡结晶时的过冷度逐渐增加；金属结晶时的形核率在一定的范围内是随着过冷度的增加而增加的，所以淬水温度的降低可使锡层结晶形核率增加，结晶更为致密，这有利于减少铁基体暴露的概率，降低镀锡钢板的孔隙率；过大的过冷度也同时缩短了锡层结晶晶粒的长大时间，形成的许多晶粒来不及长大结晶过程就已完成，使锡层的致密性降低，从而使镀锡钢板的孔隙率增大。这2种因素在不同的淬水温度下对镀锡钢板所起的作用不同，所以才导致镀锡钢板的孔隙率随淬水温度的不同而不同。3结论1对于低镀锡量的镀锡板，软熔后镀锡板纯锡层表面的大孔消失，更多的小孔出现，其总PHG值变化并不大。2PHG值会随着软熔温度的上升而增大，240时其值最低。3镀锡板的耐腐蚀性能与其表面的孔隙密切相关。减少镀锡层表面的孔隙是提高其耐蚀性的关键所在。4淬水温度在35CI附近时出现了PHG值的极小值区间，表现出较低的孔隙率。23参考文献章晓波镀锡薄板生产过程中锡层的软熔处理技术J有色冶金设计与研究，2001，212527CARANOMTINPLATINGJPLATINGANDSURFACEFINISHING，1998，85116667HAASTRECHTGC，MIEDEMAJ，GROEPBV，ETA1AMATHEMATICALMODELOFREFLOWPROCESSDURINGTINPLATINGA45678910121314上接第28页5赵予川黄铜件镀硬铬后的氢脆现象J电镀与精饰，2010，32631326GHAZIOFS，GOLOZARMA，RAEISSIKCHARACTERIZATIONOFASDEPOSITEDANDANNEALEDCRCALLOYCOATINGSPRODUCEDFROMATRIVALENTCHROMIUMBATHJJOURNALOFALLOYSANDCORNPOUNDS，2010，496164168影向FIFTHINTERNATIONALTINPLATECONFERENCECLONDONINTERNATIONALTINRESEARCHINSTITUTE，199299110HARRISPG，NOTTERIMTHEORIGINSOFWOODGRAINANDRELATEDPHENOMENAONTINPLATEAFIFTHINTERNATIONALTINPLATECONFERENCECLONDONINTERNATIONALTINRESEARCHINSTITUTE，19926364杜轶君，孙勇，沈黎，等软熔处理对锡镀层的影响J电镀与环保，2005，25468黄久贵，李宁，蒋丽敏，等软熔条件对镀锡板合金层组织及其耐蚀性的影响J上海金属，2004，2631922刘小兵，成旦红，王徐承，等电镀锡板表面抗划伤性的研究软熔工艺对电镀锡板表面抗划伤性的影响J电镀与精饰，2002，24614BASTIDASAJM。CABAIIESBJM，CATALIBREVALUATIONOFPROLONGEDEXPOSUREOFLACQUEREDTINPLATECANSTOACITRATEBUFFERSOLUTIONUSINGELECTROCHEMICALTECHNIQUESJPROGRESSINORGANICCOATINGS，1997，30914POURNARASAV，PRODROMIDISMI，KATSOULIDISAPEVALUATIONOFLACQUEREDTINPLATEDCANSCONTAININGOCTOPUSINBFINEBYEMPLOYINGXRAYMICROANALYSISANDELECTROCHEMICALIMPEDANCESPECTROSCOPYJJOURNALOFFOODENGINEERING，2008，86460464CATALAR，CABANESJM，BASTIDASJMANIMPEDANCESTUDYONTHECORROSIONPROPERTIESOFLACQUEREDTINPLATECANSINCONTACTWITHTUNAANDMUSSELSINPICKLEDSAUCEJCORROSIONSCIENCE，1998，4914561467唐超，黄久贵，李娜宝钢1220新建电镀锡机组工艺设备特点J中国冶金，2010，2063537刘彪，李兵虎，郑振，等原板的电化学酸洗对镀锡板表面形貌及孔隙率的影响J电镀与涂饰，2010，2911921国际锡研究所镀锡板指南M北京冶金工业出版社，1989142ASTMA623，STANDARDSPECIFICATIONFORTINMILLPRODUCTS，GENERALREQUIREMENTSS编校魏兆军78KWONSC，KIMM，PARKSU，ETA1CHARACTERI