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23 纳米 Si O2化学复合镀镍工艺研究 尹国光 泉州师范学院化学系 福建 泉州 362000 摘 要 采用正交试验法 通过测试镀层孔隙率 结合强度和盐雾试验耐蚀性 筛选了 N i P 纳米 SiO2化学复合镀工艺 考察了溶液 p H 值和温度对镀层质量的影响 确定了纳米 SiO2微粒的加 入方法 结果表明 该工艺稳定性好 纳米 Si O2微粒在镀液中分散均匀 在 p H 4 1 4 6 温度 85 90 范围内所得 N i P 纳米 SiO2化学复合镀层结合强度达到 GB T 13913 92要求 无孔隙 镀层耐 蚀性能明显提高 关键词 化学复合镀 纳米 Si O2 耐蚀性 中图分类号 TQ153 2 文献标识码 A 文章编号 1001 1560 2006 07 0023 03 收稿日期 20060218 0 引 言 N i P 纳米 SiO2化学复合镀是在化学镀镍溶液 中加入不溶性纳米 Si O2微粒 使之与镍磷合金共沉 积 从而获得耐蚀性能优于普通镍磷化学镀层的复 合镀层 化学复合镀时 微粒与合金的共沉积过程 一般认为有以下几个步骤 1 2 1 镀液中的分散 微粒随溶液流动 搅拌 传送到镀件表面 发生物 理吸附 2 微粒在试样上的粘附 不仅与微粒的 特性有关而且与镀液的成分和操作条件有关 3 粘附在试样上的微粒 必须能延续一定时间 才有 可能被化学沉积出的金属俘获 这个步骤与微粒 的附着力 溶液的冲击作用以及金属沉积的速度等 因素有关 4 吸附的微粒在活性金属表面上被还 原析出的金属镶嵌 逐步形成复合镀层 由于镀液 中加入的纳米颗粒比表面积大 易发生团聚 影响 镀液的稳定性等原因 给工艺配方的筛选带来了一 定的难度 目前 国内外有关化学复合镀 Ni P 纳 米 SiO2的工艺及性能研究报道较少 本工作筛选了 N i P 纳米 Si O2化学复合镀工 艺 并通过对镀层的孔隙率 耐蚀性 结合强度等的 测试 比较了其与 Ni P化学镀层的差异和对电镀 铜 镍 铬组合镀层耐蚀性的影响 1 试 验 1 1 仪 器 501型超级恒温器 p HS 3C型数字酸度计 FQY025型盐雾腐蚀试验箱 JJ 1型定时电动搅拌 器 CS101 2AB型电热鼓风干燥箱 1 2 材 料 试片 A3钢 40 mm 40 mm 1 mm 和 100 mm 150mm 1mm 纳米 Si O2材料 白色粉末状 平均粒径为 60 nm 比表面积 800m 2 g 由深圳市忠正纳米科技有 限公司提供 1 3 方 法 用正交试验法筛选 N i P化学镀液的组成作为 复合镀的基础溶液 然后选择阳离子型与非离子型 复配的表面活性剂和适当的搅拌方法加入纳米 Si O2 配成 Ni P 纳米 Si O2化学复合镀液 镀层性 能测试方法如下 按 GB T 13913 92中 7 2 1 做弯曲试验 7 2 2 做热震试验测试镀层结合强 度 按 QB T 3823 99中 1 贴滤纸法 做孔隙率 测试 按 GB T10125 1997做醋酸盐雾 ASS 试 验 2 结果与讨论 2 1基础溶液的筛选 基础溶液试验的工艺流程为 化学除油 酸洗 活化 化学镀 Ni P 合金 基础溶液 烘干 基础溶液的试验配方及工艺条件 15 25 g L 24 N iSO4 6 H2O 20 30 g L Na H2PO2 H2O 35 g L 复合配位剂 1 5 mg L NH2CS NH2 p H 值 4 6 温度为 90 施镀时间 0 5 h 其中的复合配位剂 由乳酸 苹果酸和甘氨酸复配而成 正交试验结果 见表 1 在表 1中 镀层光亮度和孔隙率评分采用 不同的加权系数 镀层孔隙率评分 GH的加权系数 为 H 0 7 镀层光亮度评分 GB的加权系数为 B 0 3 镀层性能综合评分 G 由下式计算 G H GH B GB 镀层光亮度以 10分计 其中最亮 者为 10分 完全不亮定为 0分 镀层孔隙率评分按 GH 10 0 H 计算 H 为试验测得的镀层孔隙率 蓝色斑点数 cm 2 镀层孔隙率越大 评分越低 因各配方所得镀层热震试验和弯曲试验均合格 故 未将结果列入表中 表 1 正交试验结果分析表 配 方 N iSO4 6 H2O g L 1 NaH2PO2 H2O g L 1 NH2CSNH2 mg L 1 镀层试验结果 GBGH G 1152018 07 07 3 21525310 08 38 8 3153058 39 59 2 4202037 06 06 3 5202556 57 57 2 6203017 59 58 9 7252057 05 96 2 8252514 57 86 8 9253039 09 59 4 K1 25 319 823 0 K2 22 522 824 5 K322 427 522 6 极差2 97 71 9 从表 1数据可得出 次磷酸钠是主要影响因 素 第 2号 3号 6号 9号这几个配方的镀层综合 性能较好 硫酸镍的 K1值较高 次磷酸钠的 K3值 较高 硫脲的 K2值较高 因而确定的基础溶液工艺 配方 20 g L N iSO4 6H2O 30 g L Na H2PO2 H2O 3 mg L NH2CSNH2 35 g L 复合配位剂 pH 值为 4 6 温度为 90 2 2 复合镀液及镀层性能 2 2 1 复合镀液的配制及工艺 在确定的基础溶液的基础上 以机械搅拌速度 150 r m in 施镀 0 5 h进行 N i P纳米 SiO2化学复 合镀试验 其中的复合配位剂由乳酸 苹果酸和甘 氨酸复配而成 分散剂由阳离子表面活性剂和非离 子表面活性剂复配而成 化学复合镀的前处理工艺 与基础溶液试验的前处理工艺相同 为使纳米 SiO2微粒在加入镀液后和施镀过程 中不产生团聚 采用如下分散工艺 盐酸浸洗0 5 h 自来水洗 蒸馏水洗至中性 加入分散剂搅 拌 2 h 加入少量无 Na H2PO2 H2O的镀液搅拌 0 5 h 搅拌下慢慢加入基础溶液中 搅拌 1 h以 上 2 2 2 溶液 p H 值对镀层性能的影响 为了比较 N i P 纳米 SiO2化学复合镀层与在 基础镀液中形成的 N i P化学镀层的差异 测试了 两种镀液在不同 pH 值条件下所得镀层性能 结果 见表 2 表 2 溶液 pH值对镀层光亮度 孔隙率和结合强度的影响 镀液 pH值4 14 65 1 N i P镀层光亮度半光亮光亮光亮 N i P镀层热震和弯曲试验合格合格合格 N i P镀层孔隙率 个 cm 2 0 51 53 5 复合镀层光亮度光亮偏白 光亮偏白 光亮偏白 复合镀层热震和弯曲试验合格合格合格 复合镀层孔隙率 个 cm 2 000 5 注 施镀温度为 90 由表 2可知 在 p H 值 4 1 5 1范围内 纳米 SiO2的加入不会影响镀层结合强度 能够明显降低 镀层孔隙率 但 pH值超过 5 1后仍会有少量孔隙 同时 纳米 Si O2的加入使镀层偏白 能保持光亮 在 pH 值 4 1 4 6范围内 复合镀层质量较好 2 2 3 溶液温度对镀层性能的影响 两种溶液在不同温度下所得镀层的性能结果 纳米Si O2化学复合镀镍工艺研究 25 见表 3 表 3 溶液温度对镀层光亮度 孔隙率和结合强度的影响 镀液温度 859095 N i P镀层光亮度半光亮光亮光亮 N i P镀层热震和弯曲试验合格合格合格 N i P镀层孔隙率 个 cm 2 4 01 50 复合镀层光亮度光亮偏白 光亮偏白 光亮偏白 复合镀层热震和弯曲试验合格合格合格 复合镀层孔隙率 个 cm 2 000 注 镀液 pH 4 6 由表 3可知 溶液温度在 85 95 范围内 加 入纳米 Si O2能明显降低镀层孔隙率 但温度超过 95 后 纳米 Si O2在槽壁液面处有少量团聚现 象 复合镀液适宜的温度为 85 90 2 2 4 镀层的 ASS试验结果比较 为了进一步比较 N i P 纳米 SiO2化学复合镀 层与 N i P化学镀层的耐蚀性及化学复合镀层对电 镀铜 镍 铬组合镀层耐蚀性的影响 做了醋酸盐雾 试验 结果见表 4 表 4 镀层的 ASS试验结果 试 片 号101102103104 电镀铜层厚度 m 3 03 0 电镀光亮镍层厚度 m 8 05 0 化学复合镀层厚度 m 12 0 3 0 电镀铬层厚度 m 0 30 3 化学镀镍层厚度 m12 0 ASS保护等级57710 注 ASS试验时间为 30 h 由表 4可知 在 Ni P化学镀液中加入纳米 Si O2 后 镀层耐蚀等级由 5级提高到 7级 在电镀铜 镍 铬组合镀层中替换 3 m厚的 Ni P 纳米 SiO2化 学复合镀层后 耐蚀等级由 7级提高到 10级 镀层 耐蚀性明显提高 3 结 论 1 N i P 纳米 SiO2化学复合镀适宜的工艺 配方如下 20 g L N iSO4 6 H2O 30 g L NaH2PO2 H2O 35 g L 复合配位剂 3 mg L NH2CSNH2 10 g L 纳米 Si O2 10 g L 分散剂 pH值 4 1 4 6 温 度 85 90 2 适宜工艺下获得的 N i P 纳米 SiO2镀层 按 QB T 3823 99试验孔隙率为 0 热震试验和弯 曲试验达到 GB T 13913 92质量要求 3 N i P 纳米 SiO2化学复合镀层可明显提高 电镀铜 镍 铬组合镀层的耐蚀性能 参考文献 1 闫洪 现代化学镀镍和复合镀新技术 M 北 京 国防工业出版社 1999 126 127 2 李宁 袁国伟 黎德育 化学镀镍基合金理论与 技术 M 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2000 134 136 编辑 段金弟 上接第 22页 形貌良好的 N i 纳米 T iO2复合电镀层 硬度可达 400HV以上 比纯镍镀层平均提高 90 190HV 2 在 Ni 纳米 T iO2复合电镀中 采用阳离子 表面活性剂对纳米 T i O2分散时所得镀层硬度最 高 表明阳离子表面活性剂有利于电镀过程中纳米 T iO2 N i复合电沉积 3 浸泡腐蚀试验表明 N i 纳米 T i O2复合电 镀层腐蚀速率高于纯镍镀层 但远低于未镀钢板 3 5 NaC l溶液中极化曲线测试表明 复合镀层的 自腐蚀电位与纯镍镀层相比没有显著提高 因此该 复合镀层具有良好的耐腐蚀性 但添加纳米 T i O2 不能改善其耐蚀性 参考文献 1 蒋斌 徐滨士 董世运 等 纳米复合镀层的研究现 状 J 材料保护 2002 35 6 1 3 2 黄新民 钱利华 吴玉程 等 纳米颗粒 T iO2化学复合 镀层的功能特性 J 金属功能材料 2004 11 2 16 19 3 黄新民 吴玉程 郑玉春 等 表面活性剂对复合镀层 中 T iO2纳米颗粒分散性的影响 J 表面技术 1999 28 6 10 12 4 黄新民 吴玉程 N i P 纳米 T iO2化学复合镀层 J 中国表面工程 2001 3 30 32 5 黄新民 钱利华 徐金霞 镍 磷 纳米颗粒化学复合 镀的研究现状及发展 J 电镀与涂饰 2002 21 6 12 16 6 李卫东 朱军雄 胡进 等 N i T i O2复合电镀工艺 研究 J 表面技术 2002 31 2 32 35 编辑 段金弟 纳米Si O2化学复合镀镍工艺研究 Preparation and Properties of E lectroplated Ni Nano T i O2 Composite Coating LI Zhi lin1 LI U Jian jun1 GUAN Hai ying2 1 SchoolofM a terials Beijing Universityof Chemical Engineering Beijing 100029 China 2 Jilin Institute of IndustrialProfessionalTech nology Jilin 132000 China Cailiao Baohu 2006 39 07 20 22 Ch N i nano T i O2composite coating was prepared on steel substrate using electroplating The effectof surfactant cath ode current density and stirring rate on the hardness of the N i nano T i O2composite coating was investigated The influence of nano T iO2on the hardness and corrosion resistance of the com posite coating was exa m ined as wel lItwas found that the hard ness of the N i nano T i O2composite coating was increased by 90 190HV as co mpared with the electroplated nickel coating The introduction of cationic surfactantwas beneficial to the elec troplating of the N i nano T i O2composite coating and the com posite coating in this case had the highest hardness M oreover the N i nano T i O2composite coating recorded a larger corrosion rate than the electroplated N i coating butmuch smaller corrosion rate than the steel substrate after i mmersion tests in nitric acid so lution which confor med to the relevant self corrosion potentials of the coatings and indicated that the inclusion of the anno T i O2 did not contribute to increase the corrosion resistance of the elec troplated N i matrix coating K ey words N i nano T i O2 co mposite electroplated coating nick el corrosion resistance Technology for and Properties of E lectroless Ni P Nano SiO2Com posite Coating Y I N Guo guang Department of Chemistry Quanzhou Normal College Quanzhou 362000 China Cailiao Baohu 2006 39 07 23 25 Ch O rthogonal test was perfor med to establish the electroless technology forN i P nano SiO2co mposite coating w ith the porosity adhesion to the substrate and anti corrosion behavior of the composite coating to be taken into account which was ai m ing at increasing the corrosion resistance ofelectrolessN i P coating The effectof the pH value and te mperature of the bath on the quality and properties of the co mposite coating was investi gated Itwas found that the established technology was feasible in ter ms of the electroless plating of the N i P nano Si O2co mposite coating The nano SiO2particulates were stable dispersed in the plating bath and the composite coating prepared at a bath pH value of4 1 4 6 and te mperature of85 90 had a good ad hesion strength to the substrate The porosity of the co mposite coating measured according to QB T 3823 99was as s mall as 0 Moreover the electrolessN i P nano Si O2co mposite coating had much better corrosion resistance than the electrolessN i P coat ing K ey words co mposite electroless plating N i P nano Si O2com posite coating corrosion resistance Effect of Brightener on Electrodeposition of Trivalent Chro m ium in Sulfate Bath WU Hui m in A I You hong College of Che m istry andM aterials Science Hubei University Wuhan 430062 China Cailiao Baohu 2006 39 07 26 28 Ch The effect of brightener on the electrodeposition of trivalent chro m ium in a sulfate bath was studied using Hull cell test and smallbath test in co mbination of steady state polarization and potentiostatic step increase meas ure ment and scanning electron m icroscopic observation It was found that the introduction of the brightener had nearly no effect on the electrodeposition of the trivalent Cr Thus the instantane ous nucleationwasmaintained in the electrodeposition of the tri valent Cr in the presence of the brightener si m ilar as that in the absence of the brightener Moreover the brightening action of the brightener was co mprehensive in nature but not the effect of the brightener alone The brightener acted to enhance the cathode po larization at a voltage bellow 0 1V and itwas i mperative to keep the cathode current density w ithin 4 00 22 50 A dm2so as to i mprove the brightness of the coating Key words trivalent chro m ium brightener electrodeposition Preparation and Characterization of Electroless Ni P Alloy Coating on M ulti W alled Nanotubes YUAN D ing sheng CHEN Jun zh i CHEN Zi lun Depart ment of Chemistry and Institute of Nanochemistry Jinan University Guangzhou 510632 China Cailiao Baohu 2006 39 07 29 30 Ch ElectrolessN i P alloy coating was deposited on multi walled carbon nanotubes MWNTs so as to develop N i P nano tubes co mposite materia lThe opti m izedelectroless plating process for the N i P coating on nanotubes was established The m icrostructure and phase composition of the composite material were characterized by means of transmission electron m icroscopy and X ray diffraction and the magnetic perfor mance of the co m positematerialwasmeasured aswel l Itwas found that the amor phous electrolessN i P coating on theMWNTs was composed of grainsw ith a size of20 30 nm and the grains unifor m ly distrib uted on the surface of the MWNTS M oreover the N i P nano tubes co mposite material had a coercive force H c of 412 Oe and ratio of re manence Br of0 23 respectively This compos itematerial could have potential for the antiwear protection of pre cisionmechanical parts nano devices and high density mag neticme morymedia Key words electroless plating multi walled carbon nanotubes MWNTs composite material Synthesis of a Copolym erized Em ulsified L iquid from Buty lacrylate and Styrene and Acrylonitrile forW aterborne Anti rust Coating HUANG X ing Z HANG X ian kang ZHANG X in yu LU L i na School ofM aterial Science and Engineering ShanghaiUniversi ty Shanghai 201800 China Cailiao Baohu 2006 39 07 31 34 Ch An emulsified liquid used for waterborne antirust coating was synthesized via the copoly merization of butylacrylate BA styrene St methacrylic acid MAA acrylonitrile AN and phosphate ester as the functional mono mers The effects of the types and amount of the e mulsifiers them ix ing ratio of the anionic and n