李志林,劉輝,劉偉,周德強(qiáng),侯佳鈺

    (北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100029)

    摘要：采用化學(xué)預(yù)鍍鎳+復(fù)合電鍍的工藝方法在鎂合金表面成功地制得了納米TiO2/Ni復(fù)合鍍層,并通過NaCl溶液浸泡試驗(yàn)和極化曲線測(cè)定了復(fù)合鍍層的耐蝕性。其電沉積鍍速達(dá)到26μm/h,鍍層表面致密平整,厚度均勻,與基體結(jié)合良好。納米TiO2/Ni復(fù)合鍍層的硬度比鎂合金基體和電鍍Ni鍍層有明顯提高,在3.5%NaCl溶液中浸泡120h未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,極化曲線結(jié)果也表明該復(fù)合鍍層可提高鎂合金的耐腐蝕性。

    關(guān)鍵詞：鎂合金;電鍍;鎳;復(fù)合鍍層;納米TiO2陶瓷顆粒

    中圖分類號(hào)：TG174.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-748X(2010)03-0208-04

    引言

    在鎂合金表面上形成的涂覆層主要包括電鍍、化學(xué)鍍、陽極氧化膜、有機(jī)涂層等。納米顆粒具有很多獨(dú)特的物理及化學(xué)性能,將納米不溶性顆粒加入鍍液中,使之在鍍液中充分懸浮,在金屬還原的同時(shí)沉積包裹在鍍層中可得到復(fù)合鍍層。加入高硬度的納米陶瓷顆粒時(shí),其彌散強(qiáng)化作用可能提高鍍層的硬度和耐磨性。雖然納米陶瓷顆粒本身耐腐蝕,但其在復(fù)合鍍層中形成大量界面,其的加入對(duì)鍍層的耐腐蝕性的作用尚待研究。

    已有在鎂合金基體上進(jìn)行納米陶瓷顆粒/Ni復(fù)合化學(xué)鍍的報(bào)道。與化學(xué)鍍相比,電鍍有鍍速快、表面平整、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前關(guān)于鎂合金電沉積鎳鍍層中共沉積納米TiO2顆粒方面的研究沿未見報(bào)道。本工作用化學(xué)預(yù)鍍+復(fù)合電沉積的方法在鎂合金基體表面制備了納米TiO2/Ni復(fù)合鍍層,并測(cè)試了鍍層的性能。

    1·試驗(yàn)方法

    1.1 鍍層制備

    基底用50mm×25mm×2mm的AZ31鑄造鎂合金。納米陶瓷顆粒為北京化大天瑞公司生產(chǎn)的納米TiO2顆粒,平均粒徑為24nm,其中的金紅石型與銳鈦礦型的質(zhì)量比為4∶1。施鍍?cè)贒F-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中進(jìn)行。

    切割后的試樣依次用200#、360#、800#、1200#砂紙打磨表面,用自來水清洗,隨后進(jìn)行超聲丙酮清洗,之后進(jìn)行堿洗、酸洗和活化。每步清洗之后都用去離子水清洗,以清除試樣表面殘余溶液。堿洗、酸洗和活化的配方及工藝如表1所示。

    鎂合金是難鍍金屬,因此在電沉積復(fù)合鍍層前需進(jìn)行化學(xué)預(yù)鍍,保護(hù)鎂基體在通電后不被電鍍液腐蝕。化學(xué)預(yù)鍍的配方如表2所示。用氨水調(diào)節(jié)pH值至5.5~6.5,溫度為85℃,磁力攪拌的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300r/min。

    化學(xué)預(yù)鍍后立刻用去離子水沖洗試樣,然后直接進(jìn)行復(fù)合電鍍。復(fù)合電鍍液配方如表3所示。先用適量的NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、H3BO3和十二烷基硫酸鈉配成預(yù)制水溶液。將分散劑制成少量水溶液,將納米TiO2顆粒加入該水溶液中充分潤(rùn)濕,在超聲波下振蕩分散2~3h,然后將其加入預(yù)制水溶液,即制成復(fù)合電鍍液。施鍍條件為:溫度50~55℃,陰極電流密度1.0~2.5A/dm2,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400r/min,時(shí)間60min,pH值4~5.5。在表3的配方中不加納米TiO2和分散劑,用同樣的工藝條件在化學(xué)預(yù)鍍后進(jìn)行電鍍鎳,將得到的鍍層與復(fù)合電鍍層進(jìn)行對(duì)比。

    1.2 鍍層性能檢測(cè)

    用肉眼觀察鍍層的表面質(zhì)量。用4XC型金相顯微鏡觀察鍍層的表面形貌和測(cè)量厚度。用HXS1000A型顯微硬度計(jì)測(cè)定鍍層表面硬度,測(cè)試的載荷為100g,保載時(shí)間為12s。硬度取5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均值。用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的D/Max2500VB2/PC型X射線衍射儀測(cè)試鍍層成分,測(cè)試條件為:Cu靶Kα輻射,管電壓40kV,管電流400mA,掃描速度10°/min,采樣寬度0.02°。用彎曲試驗(yàn)、熱震試驗(yàn)、銼刀試驗(yàn)測(cè)量鍍層的結(jié)合力。參照文獻(xiàn)對(duì)鍍層進(jìn)行彎曲試驗(yàn),即將試樣沿直徑最小12mm的芯軸繞180°,檢查鍍層表面;熱震試驗(yàn):即將化學(xué)鍍鎳層在(200±10)℃的爐內(nèi)加熱1h,在室溫水中淬火,循環(huán)3次;銼刀試驗(yàn):銼刀與鍍層呈45°角以剝離鍍層的方向銼去非主要表面,至露出基體金屬/鍍層的界面。

    浸泡試驗(yàn):將試樣鍍層表面全部浸沒在3.5%NaCl溶液中,觀察表面狀況并記錄。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系,以試樣為工作電極,鉑電極為輔助電極,飽和甘汞電極為參比電極。采用CS300電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試動(dòng)電位掃描曲線,測(cè)試溫度為25℃,掃描速度為5mV/s,掃描電位范圍為-2.0~1.2V,腐蝕介質(zhì)為3.5%NaCl溶液。