直流和脉冲电镀法制备镍镀层的研究

直流和脉冲电镀法制备镍镀层的研究

1电镀技术的发展途径脉冲电压电压的显著优点是，通过改变脉冲参数来提高受贿的物理和化学性质性能，节约金银，获得功能层，这为电气工程的发展打开了一条新的道路。试图探讨脉冲电镀条件与获得的镍镀层抗磨损性能的关系,尤其是在腐蚀条件下的抗磨损性能与脉冲电镀条件的关系,并对镀层的结构进行了初步探讨。2测试方法2.1脉冲和直流电镀的制备样品为20cm×20cm的A3钢片,依次用粒度为240,1200,1800的金相砂纸打磨,然后将样品置于乙醇与丙酮混合液中,用超声波清洗除油3min,再用3%HCl+4%H2SO4溶液除锈2min,并用5%HCl活化1min,最后用蒸馏水冲洗。将经过上述处理的样品放入镍电镀液中进行脉冲电镀和直流电镀。镍电镀液配方为:NiSO4·6H2O250g/L,NiCl2·6H2O50g/L,硼酸35g/L,糖精1g/L,pH值4,温度50℃。2.2试验条件及测试结果脉冲电镀电源(厦门大学化学系生产),分别选择直流电镀作为系列A、改变幅值的反向脉冲电镀作为系列B、改变脉宽的反向脉冲电镀作为系列C和梯形波脉冲电镀作为系列D等4个系列进行试验,电镀过程的总电量均为200C,各系列均分别选定1,2,3,4,5共5个试验条件,具体条件变化见表1～4。销盘式磨损试验机(自制),在干摩擦条件下载荷为6N,磨损时间30min,线速度为0.15m/s。磨损量通过计算磨损前后试样的重量损失ΔW获得,用重量磨损因子K表示,其中:K=ΔW/P·L,L是实验过程中磨损的距离,L=0.15×60×60m=540m,P是载荷,K的单位为mg/N·m。在5%NaCl腐蚀液中的磨损条件与在干摩擦时相同。显微硬度仪(上海天平仪器厂生产),载荷为1N,接触时间15s,每个样品均测量3次,取其平均值作为结果。镀层结构用日产Y4Q型X-射线衍射仪分析,铜靶,电压40kV,电流40mA。波长λ为0.15418nm,扫描速度为1(°)/min。据席勒公式,晶粒尺寸D=0.89λ/βcosθ,可计算出镀态和经过热处理的镍镀层的晶粒尺寸。3脉冲脉宽对镀层耐磨性的影响本实验中,各系列的样品经电镀或脉冲电镀后,获得的各镀层厚度均约为10μm,在直流和各脉冲电镀系列中获得的镍镀层其显微硬度见表5。从表5中系列A的结果可知,直流电镀得到的镀层硬度低于脉冲镀层,并且随着电流密度增大,镀层硬度降低。然而,从系列B和系列D的结果可知,脉冲镀层的硬度却随电流密度的增大而增加。干磨试验结果见表6。表6显示:A表明在直流电镀下镀层的耐磨损性随电流的增大而略有减小;系列B和系列D均表明,在反向脉冲电镀中,当脉宽不变时,随着幅值的增大,即随着脉冲电流的增大,镀层的耐磨性亦降低;系列C表明,改变脉冲脉宽,对镀层耐磨性影响不大,仅当脉宽变化较大时,镀层耐磨性才有所降低。比较各系列镀层的耐磨性可以发现,用梯形波脉冲电镀获得的镀层耐磨性最好,反向脉冲法次之,直流电镀效果较差。在5%NaCl溶液中,脉冲镍沉积层抗腐蚀磨损性能见表7。由表7可知,在5%NaCl溶液中,采用不同系列的电镀方法获得的镍镀层的耐磨损性变化趋势与干磨损时类似,即随着电流密度或脉冲电流密度升高,镍镀层的抗腐蚀磨损能力下降。同样脉宽对镍镀层抗腐蚀磨损的影响较小,并且梯形波脉冲电镀获得的镀层的耐磨性最好。对用各系列电镀方法获得的镍镀层,在5%NaCl溶液中的耐磨性均优于在干磨损条件下镀层的耐磨性,这是由于5%NaCl溶液对镍镀层有腐蚀作用,但它在磨损过程中有可能起到了润滑剂的作用,降低了磨损,二者的综合结果使镍镀层的磨损量降低。从上述结果看出,无论是干摩擦还是在腐蚀环境下的磨损,在较高电流密度下获得的镍镀层耐磨性较差。而脉冲电镀获得的镍镀层耐磨性优于直流电镀,并且梯形波脉冲电镀获得的镀层的耐磨性最好。产生这种结果是因为脉冲电镀主要是利用电流(或电压)脉冲的张弛增加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化,尤其是反向脉冲的“退镀过程”,可将阴极电流脉冲过程中所获得沉积层的毛刺等溶解掉,从而改善和提高了镍镀层的晶体结构和物理化学性能,导致耐磨性增加。利用X-射线仪测量了镍镀层的晶体结构,结果见图。由图知,镀态的脉冲镍镀层为立方晶体结构,镀层经过300℃下、4h的热处理后,X-衍射图上峰的位置基本上没有变化,只是衍射峰更加尖锐。用最强的111晶面的衍射峰数据,利用席勒公式可计算出镀态和经过热处理的镍镀层的晶粒尺寸D分别为11.3nm和14.1nm,均已成为纳米晶,热处理使晶粒尺寸长大。4脉冲和脉冲镀镍镀层的耐久性在直流电镀过程中,电流密度增加,镍镀层硬度降低;而在各种脉冲电镀过程中,随着电流密度提高,镍镀层的硬度增加。在干摩擦和5%NaCl溶液中,脉冲电镀比直