2024铝合金化学镀镍工艺与控制
2024铝合金表面化学镀镍所得镀层因具有耐蚀耐磨等诸多优异性能而在航天航空，石油工业，电子工程等众多领域中的应用不断增加。工艺方法的优化，镀镍质量的提高，镀层性能的分析已日益成为人们关注的焦点。 铝合金表面化学镀镍传统的二次浸锌预处理工艺较为繁琐复杂，且常用的缓蚀剂铬酸盐有剧毒性，不符合环保要求，故本文主要研究了铝合金上直接化学镀镍工艺方法，以在2024铝合金表面获得一层平整、结合力良好的镍层。具体研究内容有：分析预处理方法、镀液中主盐（Ni2+）浓度、pH以及施镀温度对镀镍层的影响，确定出最佳的2024铝合金化学镀工艺方案，实验结果表明，经碱洗、酸蚀、浸铜、碱性化学镀镍的工艺最为合理。通过单变量实验等，确定了最佳的镀液配方，即硫酸镍30g/l、次亚磷酸钠20g/l、乙酸钠15g/l、柠檬酸钠20g/l以及少量硫脲。此外，确定最佳pH为11，施镀温度70℃，施镀时间40min。运用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线衍射分析仪等测量分析了化学镀层形貌及结构。此外，进行电化学实验（极化曲线和交流阻抗实验）、硬度实验、空隙率测试等对镀层耐腐蚀性、结合力等综合性能进行评价。 镀液浓度的检测与补充：用EDTA络合滴定镀液中Ni2+浓度；用碘量法测定H2PO2-浓度，在此基础上对镀液进行补充。 在实验过程中要尤其注意各个步骤的准确性和紧凑型，以避免基体在空气中暴露时间过长而发生反应。最后根据实验结果，总结出了2024铝合金碱性化学镀镍层的优异性能及需要改进的地方，肯定了铝合金化学镀镍的实用性。关键词：铝合金；化学镀镍；耐腐蚀性；预处理；碱性镀镍 目录
第一章 绪论 1
1.1 铝及其合金简述 1
1.1.1铝合金材料腐蚀类别 1
1.1.2铝及其合金表面处理方法 2
1.2 化学镀镍简述 2
1.2.1 化学镀镍的发展简述 3
1.2.2 化学镀镍研究现状 4
1.3 铝合金表面化学镀镍研究目的与意义 5
1.4 铝合金表面化学镀镍研究的主要内容 6
第二章 实验原理 7
2.1 2024铝合金化学镀镍机理 7
2.1.1以硼氢化钠以及二甲氨硼烷作还原剂的磷镍共沉淀机理 7
简述 2
1.2.1 化学镀镍的发展简述 3
1.2.2 化学镀镍研究现状 4
1.3 铝合金表面化学镀镍研究目的与意义 5
1.4 铝合金表面化学镀镍研究的主要内容 6
第二章 实验原理 7
2.1 2024铝合金化学镀镍机理 7
2.1.1以硼氢化钠以及二甲氨硼烷作还原剂的磷镍共沉淀机理 7
2.1.2以次亚磷酸根为还原剂的磷镍共沉淀机理 7
第三章 实验内容 11
3.1 实验仪器与药品 11
3.1.1 实验药品 11
3.1.2 实验材料及仪器 11
3.1.3 实验装置图 12
3.2 试样的制备 12
3.3 铝合金化学镀镍实验 13
3.3.1碱洗除油 14
3.3.2 热水清洗 15
3.3.3 碱液活化 15
3.3.4 酸蚀 15
3.3.5 化学镀镍 16
3.4 硝酸退色+干燥 18
3.5 镀层结合力测试 18
3.6 镀层孔隙率测量 19
3.7 电化学实验 19
3.8 扫描电子显微镜实验 20
3.9化学镀液的循环使用及废液处理 20
3.9.1 镍离子浓度滴定 20
3.9.2 还原剂浓度的滴定 21
第四章 实验结果与分析 22
4.0引言 22
4.1 最佳工艺方案分析 22
4.1.1 镍离子浓度测量分析 22
4.1.2 镀液pH测量分析 23
4.2 镀镍层结合强度分析 25
4.3 镀镍层的耐蚀性能分析 25
4.3.1 镀层孔隙率测定分析 25
4.3.2 电化学实验结果分析 26
4.4 2024铝合金试样镀镍层显微分析 27
4.4.1镀镍层表面组织形貌分析 27
4.4.2镀镍层成分分析 28
4.5化学镀液滴定结果分析 30
4.5.1 Ni2+浓度滴定结果分析 30
4.5.2 H2PO2浓度滴定结果分析 30
结论 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 铝及其合金简述
铝质材料铝因为具有密度低、强度高等优点，成为用量仅次于钢铁的一类重要的金属材料，其在现代工业中的应用也越来越广泛[1]。特别是为了适应航空航天和高新技术产业的高速发展而面临的高强度、耐腐蚀和轻量化的要求，铝质材料备受青睐[2]。2024铝合金作为2XXX[3]合金系列的一种，也具备了2XXX 合金系列普遍拥有的优点，如强度高、耐热性能好等。2024为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好[4]。这类合金是一种以Cu为主要元素的可通过热处理等方式来提高其使用性能的铝质合金，由于具有密度小、比强度和比刚度高、耐腐蚀耐热性能优异、线性膨胀系数低且其可以通过热处理等方式方法提高硬度以及强度等特点，因此在国民经济的各个方面都有应用，特别是在光学精密仪器、惯性器材、等领域[56]。
总体来说，我国在铝合金的制备、应用和消费水平上与欧美等发达国家相比，还存在明显的差距。大力发展铝合金制备产业，开发新型高比强、高比模、高韧性的高性能铝质材料，是现如今我国国防工程和交通运输业亟需的新材料发展的重要方向之一[7]。
1.1.1 铝合金材料腐蚀类别
金属的腐蚀是一个逐渐进行的缓慢的化学或电化学过程，其能够发生在大气、水、海水以及各种有机环境中。通过金属电偶序可以大致判断金属发生腐蚀反应的难易程度。表11列出了铝合金的腐蚀类型、腐蚀特征及防护措施[8]。
铝合金材料在周围介质的作用下而遭受腐蚀，在界面上发生化学或电化学多相反应。这些过程使铝变为氧化（离子）状态，从而显著降低铝质材料的强度、塑性以及韧性等力学性能；破坏物件的几何形状、增加转动件间的磨损以及恶化电学和光学等物理性能。
表11铝合金各类腐蚀及保护措施
腐蚀类型
腐蚀特征
防护措施
应力腐蚀
生成裂纹，危害很大
降低材料应力，避免应力集中
点蚀
形成微小腐蚀电池，局部发生
增加表面光滑度，增加RH值，降低温度，减少氧化性金属离子
缝隙腐蚀
形成浓差电池，局部腐蚀
增加RH值，降低活性阴离子浓度
腐蚀疲劳
介质与应力共同作用，腐蚀介质引起
降低RH值，提高载荷循环
晶间腐蚀
腐蚀沿着晶界发生
提高材料的纯度，改善加工工艺
氢脆
析出脆性氢化物
酸洗退火降低表面吸氢能力
磨损腐蚀
磨损和腐蚀联合作用
降低固体颗粒对表面的破坏
1.1.2 铝及其合金表面处理方法
在实际应用中，铝合金具有诸多优异性能的同时也存在着诸如耐磨性能较差、硬度不够高等缺陷，此外，铝合金表面暴露在空气中时极易在表面生成致密氧化膜，在氯离子及碱性介质中极易
第一章 绪论 1
1.1 铝及其合金简述 1
1.1.1铝合金材料腐蚀类别 1
1.1.2铝及其合金表面处理方法 2
1.2 化学镀镍简述 2
1.2.1 化学镀镍的发展简述 3
1.2.2 化学镀镍研究现状 4
1.3 铝合金表面化学镀镍研究目的与意义 5
1.4 铝合金表面化学镀镍研究的主要内容 6
第二章 实验原理 7
2.1 2024铝合金化学镀镍机理 7
2.1.1以硼氢化钠以及二甲氨硼烷作还原剂的磷镍共沉淀机理 7
简述 2
1.2.1 化学镀镍的发展简述 3
1.2.2 化学镀镍研究现状 4
1.3 铝合金表面化学镀镍研究目的与意义 5
1.4 铝合金表面化学镀镍研究的主要内容 6
第二章 实验原理 7
2.1 2024铝合金化学镀镍机理 7
2.1.1以硼氢化钠以及二甲氨硼烷作还原剂的磷镍共沉淀机理 7
2.1.2以次亚磷酸根为还原剂的磷镍共沉淀机理 7
第三章 实验内容 11
3.1 实验仪器与药品 11
3.1.1 实验药品 11
3.1.2 实验材料及仪器 11
3.1.3 实验装置图 12
3.2 试样的制备 12
3.3 铝合金化学镀镍实验 13
3.3.1碱洗除油 14
3.3.2 热水清洗 15
3.3.3 碱液活化 15
3.3.4 酸蚀 15
3.3.5 化学镀镍 16
3.4 硝酸退色+干燥 18
3.5 镀层结合力测试 18
3.6 镀层孔隙率测量 19
3.7 电化学实验 19
3.8 扫描电子显微镜实验 20
3.9化学镀液的循环使用及废液处理 20
3.9.1 镍离子浓度滴定 20
3.9.2 还原剂浓度的滴定 21
第四章 实验结果与分析 22
4.0引言 22
4.1 最佳工艺方案分析 22
4.1.1 镍离子浓度测量分析 22
4.1.2 镀液pH测量分析 23
4.2 镀镍层结合强度分析 25
4.3 镀镍层的耐蚀性能分析 25
4.3.1 镀层孔隙率测定分析 25
4.3.2 电化学实验结果分析 26
4.4 2024铝合金试样镀镍层显微分析 27
4.4.1镀镍层表面组织形貌分析 27
4.4.2镀镍层成分分析 28
4.5化学镀液滴定结果分析 30
4.5.1 Ni2+浓度滴定结果分析 30
4.5.2 H2PO2浓度滴定结果分析 30
结论 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 铝及其合金简述
铝质材料铝因为具有密度低、强度高等优点，成为用量仅次于钢铁的一类重要的金属材料，其在现代工业中的应用也越来越广泛[1]。特别是为了适应航空航天和高新技术产业的高速发展而面临的高强度、耐腐蚀和轻量化的要求，铝质材料备受青睐[2]。2024铝合金作为2XXX[3]合金系列的一种，也具备了2XXX 合金系列普遍拥有的优点，如强度高、耐热性能好等。2024为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好[4]。这类合金是一种以Cu为主要元素的可通过热处理等方式来提高其使用性能的铝质合金，由于具有密度小、比强度和比刚度高、耐腐蚀耐热性能优异、线性膨胀系数低且其可以通过热处理等方式方法提高硬度以及强度等特点，因此在国民经济的各个方面都有应用，特别是在光学精密仪器、惯性器材、等领域[56]。
总体来说，我国在铝合金的制备、应用和消费水平上与欧美等发达国家相比，还存在明显的差距。大力发展铝合金制备产业，开发新型高比强、高比模、高韧性的高性能铝质材料，是现如今我国国防工程和交通运输业亟需的新材料发展的重要方向之一[7]。
1.1.1 铝合金材料腐蚀类别
金属的腐蚀是一个逐渐进行的缓慢的化学或电化学过程，其能够发生在大气、水、海水以及各种有机环境中。通过金属电偶序可以大致判断金属发生腐蚀反应的难易程度。表11列出了铝合金的腐蚀类型、腐蚀特征及防护措施[8]。
铝合金材料在周围介质的作用下而遭受腐蚀，在界面上发生化学或电化学多相反应。这些过程使铝变为氧化（离子）状态，从而显著降低铝质材料的强度、塑性以及韧性等力学性能；破坏物件的几何形状、增加转动件间的磨损以及恶化电学和光学等物理性能。
表11铝合金各类腐蚀及保护措施
腐蚀类型
腐蚀特征
防护措施
应力腐蚀
生成裂纹，危害很大
降低材料应力，避免应力集中
点蚀
形成微小腐蚀电池，局部发生
增加表面光滑度，增加RH值，降低温度，减少氧化性金属离子
缝隙腐蚀
形成浓差电池，局部腐蚀
增加RH值，降低活性阴离子浓度
腐蚀疲劳
介质与应力共同作用，腐蚀介质引起
降低RH值，提高载荷循环
晶间腐蚀
腐蚀沿着晶界发生
提高材料的纯度，改善加工工艺
氢脆
析出脆性氢化物
酸洗退火降低表面吸氢能力
磨损腐蚀
磨损和腐蚀联合作用
降低固体颗粒对表面的破坏
1.1.2 铝及其合金表面处理方法
在实际应用中，铝合金具有诸多优异性能的同时也存在着诸如耐磨性能较差、硬度不够高等缺陷，此外，铝合金表面暴露在空气中时极易在表面生成致密氧化膜，在氯离子及碱性介质中极易
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/363.html
