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YL12高温高磷Ni-P化学镀研究及应用

作　者: 蒋旭东
导　师: 张罡
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Ni-P化学镀显微硬度 Ni-P-SiC复合化学镀 YL12铝合金高磷
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文论述了Ni-P化学镀和Ni-P-SiC复合化学镀的反应机理,并对化学镀反应的热力学和动力学进行了分析。针对铝合金（YL12）及镁合金（AZ91）基体材料,得到了适宜的前处理和化学镀镍配方（JXD）,镀液配方在大量调研的基础上,侧重非主盐成分的选择,采用了复合络合剂、促进剂及缓冲剂组合,并且通过实验和性能表征,研究了工艺与镀层性能的规律,主要的研究结果如下:（1）采用碱性-酸性双溶液体系化学镀镍磷合金工艺,研究出了适合铝合金（YL12）和镁合金（AZ91）化学镀镍磷合金的溶液配方（JXD）和相应的工艺。碱性预镀镍磷合金:NiSO₄·6H₂O 30g/L ,NaH₂PO2·H₂O 25g/L,（NH₄）₃C₆H₂O₇ 100g/L,pH8.2,温度65℃,时间6min。酸性镀镍磷合金:NiSO₄·6H₂O 30g/L ,NaH₂PO2·H₂O 25g/L,（NH₄）₃C₆H₂O₇ 10g/L,C₃H₆O₃ 30ml/L,NaAC 10g/L,pH值5.0,温度85℃。化学镀时间根据具体厚度而定。（2）采用“JXD”镀液配方得到的Ni-P镀层为非晶态高磷镀层,具有较高的耐盐雾腐蚀性;磷含量大于12%,显微硬度达到670HV,均高于普通高磷镀层;镀层的表面形貌受pH的影响较大,镀层的胞状结构尺寸随着pH的增加而增大。（3）研究表明:浸锌是铝合金化学镀镍磷合金工艺中的关键步骤之一,浸锌的溶液配方和工艺参数为:ZnSO₄ 40g/L,NaOH 90g/L,NaF 1g/L,Fecl₃ 1g/L, KNaC₄O₄H₄O₆ 10g/L,温度42℃,一次浸锌时间90s,二次浸锌时间18s,在此条件下得到的浸锌层较为均匀致密,呈现浅灰色。（4）“JXD”镀液同样适用于AZ91镁合金;通过PdCl2加速实验测定镀液稳定性大于25min;镀液使用寿命为5MTO。（5）与黎明航天发动机公司实际应用配方镀层对比得出“JXD”配方镀层致密,均匀,硬度高。利用扫描电镜和能谱仪等现代分析工具,对“JXD”配方Ni-P镀层的成分、组织结构、显微硬度、稳定性、耐盐雾腐蚀及摩擦磨损性能等作了研究。结果表明:（6）镀态下镀层呈典型的非晶态结构;热处理温度达到500℃时呈现明显晶态结构,晶体产物为Ni和Ni3P。（7）热处理对镀层耐蚀性有很大的影响,热处理温度在100²00℃或高于450℃时,镀层耐蚀性明显提高;200⁴50℃为高腐蚀热处理温度区。（8）热处理温度低于200℃时,随着热处理温度的升高,镀层的硬度略微降低;200³00℃时,显微硬度随温度升高而缓慢升高;温度超过300℃时,镀层的硬度随热处理温度的升高出现陡增。（9）SiC微粒在非真空长时间放置易发生团聚,高剪切分散控制粒径1³μm后,SiC微粒才能较好的吸附沉积在镀层表面,形成Ni-P-SiC化学复合镀层。（10）镀层的硬度、SiC颗粒良好的润滑性是影响镀层耐磨性的重要因素。Ni-P-SiC化学复合镀层的摩擦系数最小（0.2）,耐磨性最好;Ni-P化学镀层的耐磨性明显优于铝合金（YL12）;经过500℃热处理后,镀层耐磨性有所提高;经过144小时盐雾腐蚀后镀层耐磨性明显降低。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-14
第1章绪论  14-29
  1.1 化学镀镍  14-15
    1.1.1 化学镀镍的发展史  14-15
  1.2 国内化学镀镍研究现状  15-23
    1.2.1 铝合金化学镀镍磷的研究  15-21
    1.2.2 国内镁合金化学镀镍磷的研究  21-23
  1.3 国外化学镀镍研究现状  23-26
  1.4 化学镀Ni-P 理论基础  26-27
    1.4.1 化学镀镍的热力学  26
    1.4.2 化学镀Ni-P 合金机理  26-27
  1.5 课题意义及研究内容  27-29
第2章实验方法  29-39
  2.1 实验材料及仪器设备  29-31
    2.1.1 实验材料  29
    2.1.2 实验主要药品  29-30
    2.1.3 实验设备及仪器  30-31
  2.2 化学镀镍前处理实验步骤及工艺  31-34
  2.3 化学镀镍配方及工艺  34-35
  2.4 实验测试方法  35-38
    2.4.1 镀层表面形貌及元素含量分析  35
    2.4.2 镀层结构分析  35-36
    2.4.3 镀速的测定  36
    2.4.4 镀层的耐蚀性测定  36
    2.4.5 镀层硬度测量  36-37
    2.4.6 镀层热处理试验  37
    2.4.7 镀层耐磨性试验  37
    2.4.8 镀层厚度的测量  37
    2.4.9 镀层稳定性测量  37
    2.4.10 镀液使用周期测定方法  37-38
  2.5 技术路线  38-39
第3章实验结果及分析  39-73
  3.1 两种实验配方所得镀层形貌分析  39-41
    3.1.1 实验配方1  39-40
    3.1.2 实验配方2  40-41
  3.2 前处理对镀层的影响  41
    3.2.1 除油对镀层的影响  41
    3.2.2 浸锌对镀层的影响  41
  3.3 工艺参数对镀速的影响  41-45
    3.3.1 温度的影响  41-42
    3.3.2 pH 值的影响  42-43
    3.3.3 络合剂的影响  43-44
    3.3.4 主盐和还原剂的影响  44-45
  3.4 镀层结构  45-50
    3.4.1 镀层成分及PH 值对含磷量的影响  45-49
    3.4.2 pH 值对镀层表面形貌的影响  49-50
    3.4.3 化学镀溶液配方的确定  50
  3.5 铝合金Ni-P 化学镀层热处理研究  50-58
    3.5.1 热处理后镀层的表面形貌  50-52
    3.5.2 热处理对镀层结构的影响  52-55
    3.5.3 非晶态镀层晶化过程  55
    3.5.4 热处理温度对镀层显微硬度的影响  55-58
  3.6 铝合金Ni-P 化学镀层盐雾试验研究  58-63
    3.6.1 热处理对盐雾的影响  58-61
    3.6.2 盐雾对镀层相结构的影响  61-63
  3.7 化学镀Ni-P-SiC 复合镀层  63-69
    3.7.1 化学复合镀沉积机理  63-64
    3.7.2 SiC 浓度对分散性的影响  64-67
    3.7.3 SiC 粒径对化学Ni-P-SiC 复合镀层的影响  67-68
    3.7.4 镀层表面形貌分析  68-69
  3.8 镀层摩擦磨损实验研究  69-73
第4章应用研究  73-78
  4.1 镁合金Ni-P 化学镀  73-75
    4.1.1 镁合金Ni-P 化学镀层表面形貌及元素含量分析  73-74
    4.1.2 镁合金Ni-P 化学镀层硬度分析  74-75
  4.2 镀液稳定性及使用周期研究  75
    4.2.1 镀液稳定性  75
    4.2.2 镀液使用周期  75
  4.3 与黎明航天发动机集团公司配方对比实验  75-78
    4.3.1 镀层形貌  75-76
    4.3.2 镀层元素含量  76-77
    4.3.3 镀层显微硬度  77-78
结论  78-80
参考文献  80-88
攻读学位期间发表的论文和所取得的科研成果  88-89
致谢  89

YL12高温高磷Ni-P化学镀研究及应用

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