毕业设计 化学镀镍工艺研究

1铝合金表面化学镀镍层因具有诸多的优良性能及特性而在电子工业、石油化工、机械、航天等领域的应用不断增加¹。如何优化工艺、提高镀镍质量、分析镀层性能日益成为人们关注的热点。在铝合金上直接化学镀镍的难度较大，特浸锌工艺进行预处理，可获得最外层为镍的镀层。本文运用了预处理为二次浸锌的化学镀镍工艺方法在铝合金表面沉积一层平整、结合力良好的镍层，进而通过热处理对其镀层进行强化处理和扩散作用，然后运用光学显微镜、扫描电镜及X射线能谱等方法，对化学镀镍层的微观组织及转变进行了研究。用HVS-1000显微维氏硬度机对镀层硬度和热处理后的硬度值进行了测试；在环块摩擦磨损试验机上进行了材料的耐磨性能测试，深入分析了化学镀镍层对基体整体性能的作用及其机理；在试样上进行划痕实验，并记录分析了各种试样的划痕数据；利用扫描电子显微镜观察进一步分析了镀层和基体结合情况，并且用能谱分析不同镀层的成分；利用极化曲线实验，对不同热处理情况下的镀层进行了耐腐蚀性能测试。通过对铝合金化学镀镍层的性能测试，并分析其原理和数据得出结论：在铝合金基体上，通过二次浸锌的预处理方法获得的镀镍层表面均匀、光亮、平整、结合力良好等。而镀后的热处理更是明显提高了镀层的硬度、耐腐蚀性、耐摩擦性和结合力等，特别是在400℃保温1小时后的镀镍层表现为最优。当然，在实验过程中需要特别要注意各个步骤的紧凑性，以免基体暴露在空气中的时间过长而发生氧化。最后根据实验结论，总结出了铝合金化学镀镍层的优良性能和需要改进的地方，以此肯定了铝合金化学镀镍的实用性。关键词：镀镍层；性能；结合力；耐磨性；极化曲线毕业论文2andcharacteristicsoftheelectronicindustry,petrochethequalityofnickelplating,coatingperformanceisbecomingincreasinglyofconcernthetechnologyofsecondaryzincpretreatment,getthemostouterlayerofnickelInthispaper,thepretreatadhesionofnickellayerandmovetoadoptionofitscoatingarehartreatmentanddiffusion,andtheuseofopticalmicroscope,scanningelectronmicrostructureandtransformationhavebeenstudied.WiththeHVS-1000microtheRingblockreciprocatingfricttreatmentcarriedoutunderthecoatingcorrosionresistancetest.Electrolessnickelplatingonaluminumalloylayerperformancepretreatmentofsecondaryzincnickelcoatingobtainedbymeansoperformance.Ofcourse,intheexperimentrequirespaFinally,experimentalresults,summarizednickelplatingofaperformanceandareas毕业论文34铝质材料是一类用量仅次于钢铁的重要的金属材料，在现代工业中获得了越来越广泛的应用，尤其是随着航空航天和电子等高新技术产业的发展，为了适应高强度、耐腐蚀和轻量化等要求，铝质材料更是倍受青睐。铝合金(包括铝基复合材料)由于具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等诸多优异性能，在光学精密仪器、惯性导弹壳体、导弹镶嵌结构、汽车车身、机车车厢和航空航天器结构等方面取得了成功应用。与欧、美、日等发达国家相比，我国铝合金制品、应用及消费量还远远达不到要求，在铝合金应用水平上也存在较大的差距。发展铝合金制造产业，以及纤维增强和颗粒增强铝基复合材料等，都是我国国防工业和交通运输业急需的新材料发展的重点方向之一。但同时也存在耐磨性差，硬度低等缺陷，致使它们的表面特性难以满足某些特殊的应用。为了改善其表面耐磨、耐腐蚀、焊接等性能，在铝合金表面化学镀镍是提高铝合金综合性能的一种有效方法，不但可以有效提高铝合金表面的硬度、耐磨和耐蚀性，还可以改善铝合金表面的某些工艺性能，如钎焊性、可抛光性等0]。但是铝合金在空气中易形成致密的氧化膜，造成在表面进行电镀或化学镀困难。为了能使电镀或化学镀顺利进行，须对铝合金表面预先处理，处理的方法有多孔阳极氧化法，锡酸盐镀锡法，酸性氟化物浸镀锌法和碱性锌酸盐浸镀锌法(锌酸盐法)等[口。很久以来，铝合金一直作为轻合金的典型代表，是近年来市售的汽车中减重时所用的主要材料，即使在发动机以外的部位用得也很多2。车架部件开始采用铝合金材料制造已经是很早以前的事了，不久前，车门和汽车后货舱盖也开始利用轻合金材料制造了。在这种情况下，Alcan公司计划到2005年时将其汽车车架用铝台金板材的销量收入翻三番。据KGP的调查，仅欧洲的汽车生产厂家一年就消耗了150万吨以上的铝合金材料，其中大约24.8万吨用于车身制造，大约80万吨用于制造汽车传动系，另有42.8万吨用于制造汽车行驶机构和悬挂机构。越来越多的人认为：在汽车制造领域中，铝合金材料的消耗量将会有进一步的增5加，其中车身制造用铝合金材料的增加将是铝合金材料生产厂商加大生产力度的据KGP公司的预计：到2006年时，用于制造汽车车身的铝合金材料的用量将会超过46.6万吨，整个汽车工业用于车身制造的铝合金总需求量预计会达到205都已采用铝合金材料制造车身，其中中、小批量的铝合金材料采购、生产占大多数。新型E级轿车的铝合金零部件用量较大，其铝合金部件大约每年300000件，新型0pelVectra轿车铝合金部件大约为420000件(从2004年起，将在Sigum和Komn两种车型中也引入铝合金零部件)13。据瑞士铝协会的统计，2001年，整个欧洲汽车工业的铝材料使用量达到约100万t。大致占该地区铝材料总需求的四分之一。由此可见，汽车制造已成为该地区最重要的铝材料消费大户。现今，该地区每辆汽车的铝材料使用量平均为100kg,至2015年，将大幅度增加到200kg,即增长1倍，每年平均增长6%左右。该协会认为，铝合金材料在汽车制造中越来越而且强度高，防锈蚀性能好和易于回收利用等。客易拉伤且难以润滑等。这样，当铝质材料制造的工业制品遭受摩擦学负荷的作用过程往往会造成制品的磨损。磨损逐渐积累到临界状态时，制品将产生损坏，并同时伴随着制品技术功能的丧失，因此而造成国民经济巨大的损失。铝质材料工业制品的可靠性及使用寿命受到磨损率的显著影响。因此，降低磨损率必将提高遭受摩擦学负荷的铝质工业制品的可靠性。从这一观点出发，人们在努力追求铝制品功能上的高效率的同时，还应该使其保持尽可能低的磨损率。由于磨损导致的制品损坏过程发生在摩擦副作用(作为摩擦学系统的元素)的表面区域，因而提高这一局部区域的耐磨性对减少摩擦学系统的磨损是特别有效的。这可以通过耐磨表面保护，例如对铝质材料进行表面处理或表面覆盖层来实现。由于磨损是系统特性而非材料本身的性质，因而在任何情况下，每一具体的表面保护措施都须取决于对所涉及的摩擦学系统的分析。也就是不仅应对铝质材料耐磨表面保护的工艺方法进行选择，还应对工艺参数和摩擦副的选择进行优化[15。以改善铝质材料的摩擦学性能为目的，人们已经陆续报道了许多有关铝质材6构的阳极氧化层微细孔中原位合成或沉积润滑性物质的自润滑阳极氧化铝的处涂敷法和复合离子注入法等。化学镀镍基合金是铝合金表面的一种新型改性技术。80年代中期以来在国外发展很快，美国化学镀镍占铝合金镀覆的25%,现在差和三防性能不可靠的缺点，提高电磁屏蔽性能可靠性。1.2化学镀镍概述进行的金属沉积过程。又因为镀覆过程只能在对还原反应有催化作用的基底表从而可使还原反应持续进行，因此又被称为“自催化沉积”(Autocatalytic755),400℃热处理为HV980～1078(HRC69～72)。试验表明，在干燥和润滑的情况下，具有相当于硬铬的耐磨性。因此，可用它来代替3、化学沉积Ni-P合金无尖端电流密度过大现象，在尖角或边缘突出部位没有过分的增厚，既有很好的“仿型性”,镀后不需要磨削加工，沉积层的成分和4、不需要直流电源，被镀零件无导电触点，在盲孔管件深孔及缝隙的内表面可得到均匀镀层化学沉积Ni-P合金镀层孔隙少、致密、表面光洁。8护技术，目前，这一工艺在所有化学镀工艺中，发展速度最快，应用范围最广。1.2.1化学镀镍的发展概况镍的还原反应19。美国国家标准局(Burtauofstandard)的A.Brenner和G.Riddell在1944年发现了具有工业应用价值的以次亚磷酸盐为还原剂的化学镀镍，并于1946年获得了这种新镀镍方法的专利202。他们是在电镀镍合金的研究中，加入次亚磷酸盐添加剂以后，发现电流效率达到112%的异常现象。他们指出电子使Ni²还原得到镀镍层。他们对电镀速度、镀层的均一性、溶液的稳定性1.2.2化学镀镍的基本特点100%,无明显的边缘效应，几乎是基材(工件)形状的复制，因此特别适合形状9(2)可获得比电镀孔隙率低的镀层，且镀层中所含的磷提高了镀层的钝化能(3)工艺设备简单，不需要电源、输电系统及辅助电极，操作时只(5)由于化学镀镍过程是自催化的化学反应过程，镀层的厚度与时间成一定1.2.3化学镀镍的研究现状化学镀镍工艺研究的一个重要内容是改善镀液性能和镀层性能。对于镀液能。影响镀层外观的因素主要有镀层的含磷量、基体国内外专家普遍看好化学镀镍的发展前景。化学镀镍在电子工业、轻金属规模、和镀层质量等方面还有一定的差距。特别是在自面临挑战，较薄的镀层意味着成本降低、生产率提高、化学试剂消耗减少，最后将赢得化学镀镍的更大市场。随着环境保护的进一步严格，降低污染，延长镀液使用寿命，仍然是化学镀镍面临的一项长期任务。随着电子、计算机、通信等高科技产业的迅猛发展，为化学镀镍技术提供了巨大的市场，预期化学镀镍技术将会持续高速发展。为满足更复杂工况的要求，化学复合镀、化学镀镍基多元合金等工艺逐渐发展起来。另外，实际情况的不断发展变化，要求化学镀镍技术也不断推陈出新，以满足更复杂和更苛刻的使用条件。可以预言，化学镀镍在21世纪仍将是一项很有生命力的表面处理技术、有很好的发展前景和应用空间。1.2.4化学镀镍的应用领域化学镀镍由于镀层的结晶细致、孔隙率低、硬度高、镀层均匀以及化学稳定性好，已广泛用于电子、航空、航天、机械、精密仪器、日用五金、电器和化学工业中。下面将具体介绍化学镀镍在不同领域的应用。(1)在电子工业中的应用伴随着电子线路高密度化的发展趋势，半导体封装的小型化和半导体芯片密度封装技术的重要性日趋突出。现在大多数电子表、手机和高速的微型处理器都是采用倒装芯片制作的。倒装芯片技术的核心在于UBM(凸点下金属化)的制作。UBM是指芯片焊盘和凸点之间的金属过渡层，可阻止焊球与铝元件基底或电路板的铜层之间发生扩散。它可以通过溅射和化学镀来形成。化学镀镍-金具有廉价和适用于SnPb合金和粘合剂、良好的焊接性和阻挡扩散性等优点，化学镀镍-金在UBM技术中可以用作凸焊点的基底或作为凸焊点与导电粘结剂的连接28。印制电路板是用于电子元件连接为主的互连件。它是通过自身提供的线路对用化学镀方法制作的高密度印刷线路板，特别是多层的印刷线路板的需要显得更为重要。1997年以来，化学镀镍.金工艺在印刷线路板的制作上得到了迅速推广，这得益于化学镀镍.金工艺本身所带来的众多优点。化学镀镍.金镀层可满足更多种组装要求，具有可焊接、可接触导通、可打线、可散热等功能，同时，的制作，又是一种极好的铜面保护层。化学镀镍.金板可用于移动电话、寻呼机、计算机、笔记本电脑、IC卡及电子字典等诸多电子行业29。(2)在表面强化上的应用化学镀镍的镀层晶体结构不仅与镀液中的磷含量有关，还与络合科、添加为非晶态结构。经过400℃左右的加热和保温，即可实现晶化处理，完成从非晶轻量化的进程中，扮演了重要角色。其用于汽车零部件空调压缩机、AT交速器部件等%。由于化学镀镍的镀层具有优良的耐蚀性，被广泛用于各个领域。如化工合成反应釜、食品加工部件等。(3)在其他方面的应用由于化学镀镍层具有良好的焊接性40,所以化学镀镍层还能改善铝、铜、不锈钢材料的焊接性能，减少转动部分的磨损，减少不锈果达67-78dB,经56天高温及湿热试验后，镀层电阻变化很小，保持在0.55-0.85Ω/cm²之间，在4-12GHz频率内，屏蔽效果保持在67-78dB范围内[。可见化学1.3化学镀镍的原理在铝合金表面化学镀镍，以H₂PO²作为还原剂的反应式为：它包含有以下几个基本步骤：(1)反应物(Ni²,H₂PO等)向催化表面扩散；有关化学镀镍的机理目前主要有原子氢理论、电化学理论、正负氢离子理论机理1:原子氢析出理论原子氢析出理论是由G.Gutzeit在前人工作的基础上提出的[42]。鉴于金属镍只能在催化活性表面上沉积，所以溶液中的还原剂HPO₂必须在催化和加热条Ni²*的还原就是由具有催化活性的表面所吸附的H原子(活泼的初生态原子H)放出电子，Ni*吸收电子后还原成金属镍沉淀在欲镀材料表面。原子氢析出理论又进一步对P的沉积和H₂的析出做出了解释，次磷酸根被原或发生自身氧化还原反应沉积出P,即H的析出既可以是HPO₂水解产生，也可以由初生态的氢原子合成：上述的化学反应在金属镍的沉积过程中是同时发生的。镀液的组分、使用时间、温度、pH值等工艺条件决定着各反应速度的快慢。式(1-5)式(1-8)解释了化学镀镍时磷和氢气的产生，但由于式(1-5)和式(1-6)的反应速度远小于式(1-4),所以镀层中的磷含量不是很高，而且在此过程中伴随着大量H产生。机理2:电化学机理[43]该理论认为Ni²被HPO₂还原沉积出镍的过程是由阳极反应：还原剂次亚磷酸根的氧化和阴极反应：Ni²还原为镍的两个独立的部分组成，可以用混合电位理上式可以解释为在镀液中次亚磷酸根与水反应产生电子，产生的电子再把Ni²还原成金属镍。在此过程中电子也同时使少许的磷得到还原。机理3:正负氢离子理论此理论是由Hersch提出的，在1964年被Lukes所改进。根据Lnkes的理论，作为H的氢最初是在次亚磷酸根离子内与磷相连的，即式(1-16),此式同时也解释在酸性溶液中：总的来说，化学镀镍反应机理的研究落后于工艺的研究，直到今天化学镀镍的反应机理还有许多假说并存，没有定论。在上述三种假说中，为大多数人接受的是原子氢析出理论。90年代哈尔滨工业大学的胡信国等人对化学镀镍的机理进行了动力学研究，其试验结果表明，在镍-磷化学镀镍的体系中，由极化电流的密度计算出来的沉积速率明显低于由质量法测量得到的值；在镍-硼化学镀镍的体系中，由极化电流计算出来的沉积速率与质量法测量的值基本相等的。这一试验进一步证明在镍磷化学镀镍体系中，反应的机理为原子氢析出机理。但是随着科学技术的发展，电化学机理己经越来越多地引起人们的重视。三种理论自争共同之处在于都认为H₂PO₂在催化作用的条件下有极强的氧化趋势，分解出具有极强还原能力的产物，使镍离子被还原生成金属镍原子，而HPO₂则被还原生成磷，在此过程中伴有氢气放出[44]。1.4铝合金表面化学镀镍研究的目的和意义化学沉积Ni-P合金镀层在机械、电子等工业领域中应用很广。但随着科技的发展，特别是航空、航天、电子、医疗等行业的迅速发展，对镀层材料提出了更高的要求。为了改善和提高合金镀层的性能，化学镀引起了广泛的重视。由于化学沉积镍镀层具有良好的导电性和极低的抗磁性能、较高的热稳定性和耐蚀性，在许多工程技术领域中有较好的应用前景空间，比如作为电磁屏蔽层、硬磁盘底般可用于印刷电路用及望远镜电子元件的外罩。其可焊性能优异，适用于二极管焊接，还可用作许多医疗器械上钦的代用品。其耐蚀性好，毒性又小，有时甚至可以代替不锈钢用作厨房用具。其工程应用价值有力地促进了人们对其制备工艺及组织结构的研究。铝合金作为化学镀镍的基底材料，因为在铝合金上化学镀和电镀各种金属的重要性在不断增长，它能为制造重量轻、导电性好、热导性好兼有诸多优良功能性质的“复合材料”提供重要的途径。这些功能性质包括：良好的耐腐蚀性、良好的耐磨性、良好的可钎焊性、高硬度、良好的耐滑动磨损性等。但是，在铝合金上化学沉积比较困难，通常采用二次浸锌预处理方法。1.5铝合金表面化学镀镍研究的主要内容目前国内外对表面化学镀镍的报道比较多，但大都集中在讨论以钢铁为基体的化学镀，而在对以铝合金为基体的化学镀镍的研究报道并不全面，所以，需要在铝合金基体上进行化学镀镍，并对镀液的稳定性、工艺条件以及镀层结构、表面形貌、沉积规律和物理化学、电化学性能进行了深入的研究，论文主要内容如(1)采用二次浸锌的预处理方法，在铝合金表面上化学沉积致密、均匀的金前言毕业论文前言(2)系统地研究化学镀液的主要组分及镀后2.1实验仪器糙度测量仪、涂层附着力自动划痕仪、显微维氏硬度计、恒电位仪273A、参比电极(饱和甘汞电极)、辅助电极(铂)、钓鱼线、电解池、金相显微镜、环2.2试样的制备(1)选取试样试样选用牌号为LY12-CZ的铝合金，其主要成分为硅0.5%、铁0.5%、铜3.8-4.9%、锰0.0-0.9%、镁1.2-1.8%、铬0.10%、锌0.25%、钛0.15%、其它金属0.15%、其余为铝。×10mm×20mm大小的试样7块。(3)试样打磨将每一个试样分别现在砂轮上打磨，依次将每一个试样分别用200#、400#、600#、800#、1000#砂纸上打磨，然后再将每一个试样放在抛2.3试验样品的选取将制备好的试样分别进行粗糙度的测试，本实验所用仪器为TR200手持式粗糙度测量仪来分析基体表面的粗糙度。手持粗糙度仪的量程为±40μm,评定长度为41mm,取样长度为0.8mm。测量得出每个试样的粗糙粗糙度分别为Ra:择粗糙度相差不大的其中5块，它们分别标号为1号(0.23lum)、2号(0.232um)、3号(0.233um)、4号(0.236um)、5号(0.226um)。2.4化学镀镍实验清洗→冷水清洗→碱蚀→冷水清洗→酸蚀→冷水清洗→一次浸锌→冷水清洗→退锌→冷水清洗→二次浸锌→冷水清洗→预镀镍→冷水清洗→化学镀镍→冷水具体的化学镀镍实验设备见图2.1。图2.1化学镀镍实验设备2.4.1化学除油化学除油不仅要除去零件在机械加工过程中留下的油污，而且要除去氧化膜。从下表2.1的配方中可以看到我们使用碱性除油，碱与粘附在零件表面的油脂反应，经皂化作用除去动植物油脂，经乳化作用除去矿物油，碱同时与氧化膜及铝反应。化学除油时间为3min,温度保持在65℃。反应中产生的氢气又能撕裂附着的油膜，除油效果更佳，除油和去氧化膜的好坏是提高化学镀镍结合力的重要措施。表2.1化学除油液的配方配方用量磷酸钠(Na₃PO₄)碳酸钠(Na₂CO₃)蒸馏水(1)经处理的零件表面应初步获得较为理想的光洁度(粗糙度)。(2)除油后表面应能均匀沾水。(3)除油后表面若残留灰黑色膜应在出光液中除去。(4)注意防止过腐蚀，严格掌握除油对间和温度。2.4.2热水清洗除油后，基体表面会附着许多油分子泡沫，冷水清洗不易将表面的油渍冲洗完全，因此在冷水冲洗之前需要先用40℃~60℃的热水冲洗，这样既保证了表面清洗洁净，同样也使得基体的冷却速度不至于太快造成表面的局部形变。2.4.3碱蚀材料经除油，水洗后表面会生成一层薄氧化膜，它将影响镀层与基本金属的结合强度，因此，镀前要进行浸蚀，使材料表面产生轻微腐蚀，露出金属的结晶组织，以保证镀层与基材结合强度，活化溶液都较稀，不会破坏材料表面的光洁度。在50～60℃条件下，对零件进行浸蚀，以除去表面残留的少量油污和氧化皮，时间通常只有30秒，配方如下表2.2所示。表2.2碱蚀液的配方配方用量氢氧化钠(NaOH)蒸馏水2.4.4酸蚀酸蚀目的是除去经碱蚀后残留在工件表面的铜、硅、锌、锰及其化合物。通常根据合金成分选用不同浸蚀液，经过酸蚀处理的工件表面可显露出金属结晶组织，表面处于良好活化状态对含钛的铝合金及纯铝常用1:1硝酸溶液浸蚀，对含硅的铝合金可用硝酸与氢氟酸为3:1的混合酸液浸蚀。对于防锈铝常用硝酸与硫酸体积比为1:1的浸蚀液。浸蚀操作均在室温条件下进行。浸蚀时间约30s左右，至表面无黑膜为止，配方如下表2.3所示。表2.3酸蚀液的配方配方用量硝酸(HNO₃)蒸馏水2.4.5两次浸锌浸锌是在含锌的强碱溶液中进行的，其目的就是在除去工件表面上的氧化膜的同时形成一层致密、均匀的锌置换层，以阻挡铝表面再度被氧化。从扫描电镜现象。浸锌温度为常温，第一次浸锌时间为3min,第二次浸锌时间为5min,两次表2.4浸锌液的配方配方用量硫酸锌(ZnSO₄)氢氟酸(HF)蒸馏水(2)浸锌所用材料要试剂级，以防止异金属如铅之类被置换，以保证产品质(3)浸锌后工件表面应呈微光泽的青灰色，当工件表面出现大块斑点，光泽(4)浸锌时所用挂具禁用铜及其合金，以防铜、铝产生接触置换。2.4.6退锌退锌液的配方如表2.5所示。表2.5退锌液的配方配方用量硝酸(HNO₃)蒸馏水当一次浸锌后用1:1的HNO₃将其锌膜退除，然后进行二次浸锌，两次浸锌液组成相同，只是第二次时间稍短，夏天不超过10s,冬天不超过20s,一般以2.4.7预镀镍经两次浸锌后可获得薄而致密的锌膜，此时还不能直接进行酸性化学镀镍，使酸性化学镀镍液被毒化，缩短了化学镀镍液使用寿命，影响了沉镍层质量。因此，生产中采用酸性化学镀镍之前进行碱性化学预镀镍是必要的，常用预镀镍作为镀层的打底液，以提高界面结合强度。含可有效抑制锌膜溶解，可获得薄而细致、均匀的镍磷合金层以保护锌膜。预镀镍的配方见表2.6所示，其PH为8.5～9.5,温度为40～50℃,时间控制在5min。预镀完后，需要用水冲洗。碱性化学镀镍层较薄，约为0.5um。表2.6预镀液的配方配方用量硫酸镍(HNO₃)次磷酸钠柠檬酸钠氯化铵2.4.8化学镀镍化学镀镍液配方如下表2.7所示。化学镀镍是本实验最重要的步骤，它直接决定了镀后镍层的性能好坏。具体实验是将水洗后的预镀件放入化学镀镍液中开始预镀。化学镀镍液的PH控制在4.8,温度为88～92℃,时间为60～90min。表2.7化学镀镍液的配方配方用量硫酸镍(HNO₃)次磷酸钠柠檬酸钠乙酸铅88%乳酸将镀好的样品先用冷水清洗后，放在通风干燥处，用电吹风将试样吹干。注意在干燥的过程中要控制好风速和温度，使得表面干燥均匀，避免吹风温度过高实验毕业论文实验2.4.10热处理经干燥过的试样，将1号、2号、3号分别放在350℃、400℃和450℃的热处理炉中，恒温一个小时，然后取出空冷。镀后的试样如图2.2所示。其试样具体处理工艺如表2.8所示。1号试样3号试样2号试样4号试样图2.2热处理后的试样外观图表2.8试样具体处理工艺试样编号/项目处理工艺1号化学镀镍后经350℃热处理(镀镍+350℃)2号化学镀镍后经400℃热处理(镀镍+400℃)3号化学镀镍后经450℃热处理(镀镍+450℃)4号化学镀镍后未经热处理(镀镍)5号无任何处理(基体)2.5镀层硬度测试所谓硬度是指材料对另一更硬物体(钢球或金刚石压头)压入其表面所表现的抵抗力。硬度的大小对于工件的使用性能及寿命具有决定性意义。本实验测量实验毕业论文实验的是维氏硬度(HV)。所需要的仪器为HVS—1000数显显微硬度计，加载载荷2.6结合力实验化学镀镍层与基体材料的结合力是衡量化学镀质量的重要指标之一。它表示镀层与基体的结合强度，即单位面积的镀层从基体表面上剥落所需要的力，是镀层的重要机械性能之一。基体种类、基体表面粗糙度、前处理工艺、活化处理等都在很大程度上影响镀层与基体材料的结合力。本实验采用的实验设备是WS—2006涂层附着力自动划痕仪。采用动载荷测试方法，发射方式为声发射，临界载荷视具体情况而定。2.7摩擦力实验化学镀镍层最重要的性能之一便是耐磨性，本试验采用磨损失重△M作为评定镀层耐磨性能的指标。镀镍、镀镍+350℃、镀镍+400℃和镀镍+450℃试样均为10mm×10mm×20mm的长方体规格，然后采用FA2004型电子分析天平(上海精密仪器厂)称重，试样在每次称重前均用丙酮清洗干净并烘干。利用MRH-3高速环块磨损实验机测定4个试样的摩擦系数，设置实验力为300N,转速为500r/min,实验时间为300s,摩擦副为GCr15钢的无润滑剂磨损实验，每5s记一个摩擦力。2.8极化曲线的实验化学镀镍层的耐化学腐蚀性是指镍磷镀层本身的耐化学腐蚀的行为，因此与沉积条件、含磷量、杂质和显微组织以及介质有关。这里主要是通过极化曲线测试来大致判断镀层的耐腐蚀性能。图2.3极化曲线实验本实验使用的仪器为恒定电位仪(型号273A),参比电极为饱和KCl电极，辅实验毕业论文实验要设定的参数扫描面积为0.48cm²,镍的原子量为58.7,密度为88.8g/cm²。2.9扫描电子显微镜实验本试验采用日本生产的JSM-6460LV型扫描电子显微镜观察试样镀后镀层的用能谱仪测量镀层与基体之间元素的含量和分布情况，分析镀镍层的热扩散效(1)镀层断面厚度分析如图3.1所示为镀镍(4号)、镀镍+350℃(1号)、镀镍+400℃(2号)和镀镍+450℃(3号)试样在5000倍扫描电子显微镜下的镀层断面图。通过分析颗粒细小。350℃热处理后的镀层，平均厚度为4μm,镀层与基体结合处界线模糊，镀层粒度细小、均匀。400℃热处理后的镀层，平均厚度为3μm,厚度比1图3.1不同热处理情况下试样镀层断面图毕业论文毕业论文但是热处理温度过高时会出现“假厚度”现象，比如热处理温度在450℃时镀层表现出起泡和脱落的现象，当我们测量厚度时会误把起(2)镀层成分分析使用扫描电子显微镜观察化学镀镍层的断面形貌，并用其附带能谱仪 (ZNCAX-Sight)进行点扫描测定镀层中元素含量。从微观形貌和成分来看，不同热处理后的镀层情况大致相同，本实验以镀镍+350℃热处理后的1号试样为例，如图3.2所示。图3.2(a)中镀层较均匀、致密、孔隙度小，颗粒比基体颗粒细小。而从图3.2(b)和图3.2(c)可以看出。C元素含量与Ni元素含量相当，还含有微量的P元素，由此可以判断镀层是由二元合金组成，而C元素的存在主要是因为化学镀镍过程中镀液碳酸中的C原子还原沉积在基体表面形成图3.2镀镍+350℃试样的扫描电子显微图(3)热扩散分析毕业论文毕业论文理时和较高温度热处理对热扩散效果的影响，以及对基体起到的作用。如图3.3所示为镀镍、镀镍+400℃和镀镍+450℃试样的线扫描图。镀镍镀镍+450℃图3.3镀镍、镀镍+400℃和镀镍+450℃试样的线扫描图由图3.3的线扫描图可以看出，基体铝合金中含有Mg元素，这与LY12-CZ铝合金的化学成分相一致，它是LY12-CZ铝合金的主要强化元素。从镀镍和镀镍+400℃的线扫描对比图可以得知，镀镍试样中Ni和P主要分布在镀层上，而与基体交界处也只有微量，这说明未经过热处理的镀层基本上不产生扩散。镀镍+400℃试样可以清楚的看到镀层中分布着Al元素，基体中分布着Ni和P元素，甚至在较深处都有微量分布，由此说明在400℃的热处理过程中，镀层与基体之间存在热扩散作用，而且扩散效果明显。较高温度热处理的镀镍+450℃试样Ni元素已经很少，几乎没有P元素，而扩散到基体的更是微乎其微，这也说明温度毕业论文毕业论文过高，热扩散效果反而不好。综上所述，镀层随着热处理温度的升高，镀层的热扩散效果越明显，基体中分布的Ni和P元素含量越多，而且Ni和P元素扩散到基体越深。但是热处理温度超过400℃时，如镀镍+450℃试样的镀层热扩散效果反而不明显。通过对化学镀镍后的每个试样分别进行镀层表面硬度的测试(每个试样测试4次并求平均值),分别得出硬度值，如表3.1所示。表3.1试样硬度值结果材料\项目1号2号3号4号5号实验结果第一次第二次第三次第四次平均值(注：1号为镀镍+350℃试样，2号为镀镍+400℃试样，3号为镀镍+450℃试样，4号为镀镍试样，5号为基体试样)无任何处理的基体试样(5号)的硬度是基体LY12-CZ铝合金试样经打磨后在1.96N的载荷下直接打维氏硬度所获得的结果。镀镍(4号)试样的硬度是在基体表面上镀上一层镍层的维氏硬度值。镀镍+350℃(1号)试样的硬度是在基体上镀上一层镍层后通过350℃热处理后的维氏硬度值。对无任何处理的基体试样(5号)、镀镍(4号)和镀镍+350℃(1号)试样硬度值分析比较见表3.1。通过表3.1可以看出镀镍试样的硬度比无任何处理的基体试样试样的硬度明显高出3倍多，而镀镍+350℃试样的硬度又比镀镍试样的硬度约高近100HV。经分析可得，由于该试样为硬铝系列合金材料，故基体试样的硬度测试为115.3HV,硬度并不算高，因此在实际应用中仍有很大的局限性。通过化学镀镍后的镀镍试样表面沉积了一层金属镍层，硬度也得到很大提高，测试结果为373.8HV,由于分子间的沉积为表面机械结合，其结合力和硬度都还不理想。在经过热处理后，镀镍+350℃试样的硬度达到了461HV,镀层与基体的结合不仅仅体现在机械结合上，还存在一定的镀层扩散，基体与镀层之间的咬合更明显，而通过热处理后的镀层分子之间更能紧密排列，镀层结构由非晶态向晶态转化，开始析出细小的毕业论文实验数据分析毕业论文Ni₃P相。基于以上两点镀镍+350℃试样镀层的硬度值当然会比镀镍试样的高。图3.4试样硬度值热处理时温度分别为350℃、400℃和450℃的试样。通过图3.4可以看出随着温度的提高硬度值也相应提高，而温度超过400℃后硬度值却有所下降，特别是在450℃时硬度值反而比没有通过热处理的镀镍试样还要低。由此可以看出，却下降，这也是由于Ni₃P粒子聚集粗化的结果。体结合力的实验数据结果如表3.2。表3.2镀镍层与基体金属的结合力试样名称1号2号3号4号临界载荷(N)也画成表由表3.2可以看出，临界载荷最大的是镀镍+400℃(2号)试样，与基体之间的结合力最好；而镀镍(4号)试样，临界载荷最小，即是与基体之间的结合情况表现得最差。镀镍+350℃(1号)试样临界载荷比镀镍试样高，镀镍+450℃ (3号)试样临界载荷却比镀镍+400℃试样低。由此可以得出，随着热处理温度的升高，镀镍层与基体之间的结合越好，但是温度过高超过400℃时，结合力毕业论文毕业论文通过分析图3.5可以看出：图(a)中，划痕曲线拐点明显，线条平滑，临结合良好。图(c)中，划痕曲线呈锯齿状，拐点也比较多，这是由于热处理过的情况，从图中可以看出虽然拐点较多，但最明显的还是临界载荷为9.1N的时 (d)是未经过热处理的镀层，划痕曲线光滑，拐点明显，除了临界载荷比镀镍.(a)1号试样350℃热处理(b)2号试样400℃热处理(c)3号试样450℃热处理(d)4号试样未经过热处理图3.5镀层与基体的划痕曲线因此可以得出结论：随着镀层热处理温度的升高，镀层与基体之间的结合表现得越好，但是热处理温度过高时，超过400℃,如450℃热处理的试样表现毕业论文毕业论文3.4摩擦磨损实验分析摩擦磨损实验结果如图3.6所示，在300N载荷下摩擦系数随磨损时间的变化关系曲线。从图中可以看出，摩擦系数开始较小，5分钟后基本趋于稳定，这个变化表示摩擦副双方磨损状态的变化，这种变化使摩擦力的作用关系发生了变化，在摩擦开始时，由于被测试件的表面不平，两个表面之间的梨削力是摩擦力的主要贡献，随着摩擦时间的延长，两个表面趋于磨合，此时的摩擦力除了梨削力(已退居次要),磨合面之间的粘着力将成为主要的摩擦力来源。因此摩擦系数随磨损时间经历的两个阶段是：第一阶段为磨损初期阶段，摩擦系数增大：第二阶段为磨损稳定阶段，随着时间的增加，摩擦系数缓慢变化并逐渐趋于镀镍+350℃镀镍+450℃镀镍+400℃图3.6材料的摩擦系数随时间的变化曲线经过对图示的分析得到，除了镀镍+450℃试样摩擦系数相对波动较大外，其它试样的摩擦系数都较小。当热处理温度升高到400℃时摩擦系数明显减小，而热处理温度为450℃时在摩擦测试前期摩擦系数明显上升，直到后期趋于稳定。通过计算得出摩擦后的磨损量及平均摩擦系数如图3.7所示。摩擦系数比2号的大，而1号试样的摩擦系数与铝合金母材差不多。根据摩擦系数与摩擦失重分析我们知道，磨损量与摩擦系数越小，就越耐磨。由此可以看出热处理温度为400℃毕业论文实验数据分析毕业论文的化学镀镍层可以有效的提高铝合金的耐磨性。图3.3摩擦磨损数据结果重新画3.5极化曲线实验分析在本次电化学实验过程中，采用浓度为3.5%的NaCl溶液和饱、辅助电极(铂)和KCl参比电极，测试样品面积为0.48cm²,然后测试腐蚀电位和电流。得到的极化曲线如图3.7。图3.71号、2号、3号、4号的极化曲线(图上的表记不好，看不懂的，再下面再说一下)从图3.7可以看出，各曲线都比较平滑，因此可以判断，镀层的孔隙率较低，毕业论文实验数据分析毕业论文不存在漏镀的现象。从图3.7中可以看出：(1)当热处理温度在350时，自腐蚀为镀层结构开始由非晶态向晶态转变，镀层中析出大量Ni₃P,出现晶界、相界、内应力，导致微裂纹形成。(2)如表3.4所示，当热处理温度在400℃时，腐蚀在400℃时，镀层的腐蚀速率维持在一个较高的值，为高腐蚀热处理温度区。腐差。从图3.7中曲线还可以看出2号试样在400℃热处理下耐腐蚀性能最优。将上述实验所得到的极化曲线分别对其作塔菲尔线并求出其Ecorr(V)—icorr(A/cm)关系值，如表3.4所示。表3.4试样极化曲线Ecorr(V)—icorr(A/cm²)的关系值试样名称镀镍+400℃镀镍+450℃镀镍基体结论毕业论文结论(1)铝合金表面化学镀镍采用二次浸锌前处理后，并进行后续热处理，得到(2)随着热处理温度的升高，铝合金化学镀镍层的耐腐蚀性、耐摩擦性、硬度和结合力都随之升高，但温度超过400℃时，镀层质量下降，耐腐蚀性、耐摩体之间有的热扩散效果逐渐增强，温度超过综上所述，在铝合金表面化学镀镍中，采用二次浸锌作为前处理，并通过400℃的热处理后，可以显著提高镀层的硬度，镀层与基体金属的结合力，耐腐致谢2006年那个酷热的夏天来到这所学校时，我的心就紧紧与它相依相守。四年里，馆里习书还是沉思，太多的喜与忧都是我亲爱的母校带给我的，即便是08年5通的技巧和团队精神的学习过程。我意识到什么是甜?就是当我们付出努力，收毕业论文毕业论文[1]DHARSCHAKRABARTIS.ElectrolessNiplatingonn-andp-type[2]SANKARANT,SESHADRIS.Cathodiceleandpowders[J].JournalofMaterialsScienceLetters,2000,19(19):1715-1718.[3]HIRATSUKAK,ABEY,KAWASHIMAS.Effectofinsituelectrolessplatingonfrictionandwearofmetals[J].Wear,2003[4]蔡业彬，周其林.Ni-P化学镀层在糠醛精制装置中的防腐应用[J].表面技术，2003,32(6):53257.[5]ALAMGIR.F.M,JAIN.H,MILL.ER.A.C.X-rayphotoelectronspectroscopyanalysisofbulkPd2Ni2Pmetallicglasses[J[6]WANGFeng,LiLaishou,uponthestressofagravitydamMaterialsProcessingTechnology,2002,123(2):236-[7]ALAM.M.O,CHAN.Y.C,TU.K.N.EelectrolesNi(P)/Cubondpad[J].JournalofAppliedPhysics,2003,94(6):108-115.[9]薛群基等.铝质材料的摩擦学表面改性.表面工程，1997,35(2):7-13.[10]罗守福，胡文彬.铝合金化学镀镍镀层的性质和工业应用[J].材料保护，[11]李长业.铝和铝合金电镀前的浸锌处理，