脉冲电沉积Ni-W-P-SiC复合电镀的研究

首页技术专栏业界动态企业名录企业招聘供求商机产品名录会员中心电镀论坛文献检索您现在的位置是：首页技术专栏技术文章脉冲电沉积Ｎｉ-Ｗ-Ｐ-ＳｉＣ复合电镀的研究1前言金属材料的腐蚀是材料科学界普遍关注的问题。据估计,全世界每年因腐蚀、磨损等报废的金属制品的质量约相当于其年产量的1/4～1/3。近几年研究的复合镀技术在一定程度上解决了这一问题。复合镀层与单金属材料相比,具有独特的机械性能,在工程技术方面获得了广泛的应用[1～3]。随着科学技术的发展,对镀层性能提出了更高的要求。20世纪60年代由于电子工业的迅猛发展,脉冲电镀技术应运而生,并得到快速发展。脉冲电镀比直流电镀具有更优异的镀层性能,目前主要有脉冲镀铬、铜、镍及其合金(二元合金)、金及金合金、钯及钯合金等单金属或二元合金,鲜见脉冲复合电镀的报道。本文利用脉冲电沉积Ｎｉ-Ｗ-Ｐ-ＳｉＣ复合镀层,研究了脉冲参数对镀层沉积速率和镀层成分的影响,确定最优工艺条件,并对镀层的耐蚀性、硬度进行了测定。2实验2.1镀液组成及工艺条件80ＮｉＳＯ4·6Ｈ2Ｏ/ｇ·Ｌ-1ＮａＨ2ＰＯ2·Ｈ2Ｏ/ｇ·Ｌ-120Ｎａ2ＷＯ4·2Ｈ2Ｏ/ｇ·Ｌ-180络合剂/ｇ·Ｌ-1110添加剂/ｍＬ·Ｌ-130ＳｉＣ(粒度3.5～5μｍ)/ｇ·Ｌ-140ｐＨ值4.5～7.0平均电流密度/Ａ·ｄｍ-28脉冲频率ｆ/Ｈｚ10～100脉冲占空比ｒ0.2～0.850～55θ/℃ｔ/ｈ1.5搅拌/ｍｉｎ·次-12～42.2基体材料与试样尺寸以50ｍｍ×10ｍｍ×1ｍｍ的Ａ3钢作为基体材料。2.3工艺流程钢铁件→除油→水洗→除锈→水洗→脉冲电镀→水洗→后处理→成品2.4测试2.4.1沉积速率对电镀前、后镀件用电子秤(精确到0.1ｍｇ)精确称量,计算单位面积单位时间内镀层的增重率。2.4.2镀层成分及表面形貌分析采用日本岛津ＥＰＭＡ1600型电子探针定量分析镀层中各元素的含量和表面形貌。2.4.3镀层耐蚀性将成品镀件在腐蚀液中浸泡一定时间,通过腐蚀前后试样的重量变化及其腐蚀面积和腐蚀时间,计算镀层的腐蚀速率。2.4.4硬度采用ＨＸ1型显微硬度计测量镀层硬度。3结果与讨论3.1工艺条件研究3.1.1脉冲频率和占空比对沉积速率的影响本实验以最优的直流电镀工艺参数为基础,在一定的温度范围内,电镀时间和平均电流密度不变,采用完全实验法以脉冲频率(ｆ)和占空比(ｒ)作为试验因素,研究脉冲参数对工艺及性能的影响,同时研究了除脉冲参数外其它条件均相同的直流电镀,并对二者进行比较。脉冲频率和占空比对沉积速率的影响,如图1所示。由图1可以看出:脉冲频率对沉积速率有较大的影响,在频率10～100Ｈｚ的范围内,当占空比相同时,沉积速率随频率的增加先增高后较快地下降,频率为33Ｈｚ时沉积速率达到最大值。对于脉冲电镀,占空比是一个很重要的参数,它表示在一个脉冲周期内,脉冲的持续时间(ｔｏｎ)与脉冲的整个周期(ｔｏｎ+ｔｏｆｆ)的比值。占空比不但能反映脉冲电流通断时间的比例,而且在平均电流不变的条件下,它还能反映脉冲电流幅值的大小。图1表明占空比也是影响沉积速率的一个重要因素。在不同的脉冲频率下,占空比的变化对沉积速率的影响基本一致,即在一定的频率条件下,较小的占空比得到较低的沉积速率;而占空比过高,沉积速率又会下降。当占空比为0.6时可得到较大的沉积速率。本实验中相同条件下直流电镀的沉积速率为1.984ｇ/ｈ·ｄｍ2,因此,直流电镀一般都比脉冲电镀的沉积速率小。实验中取得最大沉积速率的脉冲参数为:ｆ=33Ｈｚ,ｒ=0.6。3.1.2脉冲频率对镀层成分的影响脉冲频率反映了脉冲周期的长短。实验中当占空比为0.8时,脉冲频率对ＮｉＷＰＳｉＣ复合镀层中镍、钨、磷和ＳｉＣ的影响,见图2和图3。图2、3表明,各种频率条件下镀层中镍所占质量分数最大,均在40%～60%之间;其次是钨和ＳｉＣ,占20%左右;含量最小的是磷,约5%左右。频率参数的变化对磷影响较小,而对其余三种成分的影响较大。在频率为10～100Ｈｚ的范围内,镍、钨的含量都随频率的增加呈先升高后下降的趋势,且都在ｆ=33Ｈｚ时含量最大,但ＳｉＣ的含量却呈先下降后升高的趋势,最小含量也在ｆ=33Ｈｚ处。3.1.3占空比对镀层成分的影响在平均电流密度不变的情况下,占空比的大小直接反映了峰值电流密度的大小,而峰值电流密度对镀层成分有很重要的影响。图4和图5是ｆ=33时ＮｉＷＰＳｉＣ复合镀层中各成分随占空比变化的曲线图。由图可见,在ｒ=0.6处镀层中镍、钨的质量分数分别为最大值和最小值;当占空比小于0.4时,占空比对二者的影响不大;占空比对磷含量影响较小;ＳｉＣ含量基本上随占空比的增大而减小。3.2性能测试3.2.1镀层的耐蚀性试验研究了脉冲镀层的耐蚀性,并与直流电镀镀层和1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ不锈钢进行比较,在质量分数为10%Ｈ2ＳＯ4中的腐蚀速率见表1。表1表明,无论是ＮｉＷＰＳｉＣ的直流镀层还是脉冲电镀镀层在硫酸中的耐蚀性都优于1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ不锈钢;脉冲镀层与直流镀层相比较,脉冲镀层的腐蚀速率低,有的甚至降低至1/9,这是由脉冲电镀的优异特性决定的:脉冲电镀可减少镀层的孔隙率,得到致密、均匀的镀层而增强镀层的耐蚀性。同时,脉冲频率和占空比对镀层耐蚀性有很重要的影响。当脉冲频率ｆ=33Ｈｚ时,占空比为0.4时腐蚀速率达到最小值;而当占空比为0.4时,脉冲频率为33Ｈｚ时,镀层耐蚀性最好。一方面是由于频率为33Ｈｚ时沉积速率快、镀层厚,使孔隙率降低,另一方面占空比为0.4时镀层中钨、磷元素含量较高,二者对镀层的耐蚀性起很重要的作用。3.2.2镀层的硬度试验研究了脉冲镀层的硬度,同时与直流镀层作比较,结果见表2。由表2可见:脉冲镀层的硬度明显高于直流镀层的硬度,这是因为脉冲电镀除了可减少镀层的孔隙率,得到致密、均匀的镀层外,还可以消除氢脆,改善镀层的物理性能。表2还表明,硬度随脉冲频率和占空比变化的情况:ｆ=50Ｈｚ和ｒ=0.2或ｒ=0.4时,镀层硬度最高,这也与镀层沉积速率较快和镀层中钨元素含量较高有关。3.3镀层的表面形貌由直流和脉冲电镀的ＮｉＷＰＳｉＣ复合镀层的表面形貌表明,脉冲镀层结晶更细密均匀,镀层表面更光滑平整。4结论(1)ＮｉＷＰＳｉＣ镀层的脉冲电沉积速率比直流电沉积的快,且当脉冲频率为33Ｈｚ时,镀层沉积速率达到最大值。脉冲参数的变化对镀层成分影响很大。(2)脉冲镀层的耐蚀性和硬度都优于直流镀层,耐蚀性还优于1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ不锈钢。当ｆ=33Ｈｚ和ｒ=0.4时,镀层具有较好的耐蚀性;ｆ=50Ｈｚ和ｒ=0.4或ｒ=0.2时,镀层具有较高的硬度。(3)脉冲镀层的结晶比直流镀层的更致密均匀,且表面更平整光滑。【关闭窗口】广告刊登|关于我们版权所有:中国电镀助剂网技术支持:中国化工联盟电话：[phone]传真：[phone]-8001Copyright(C)2005,CnChemAdd.com.AllrightreservedE-mail:[e-mail]版权说明：本站部分文章来自互联网，如有侵权，请与信息处联系豫ICP备05012084号