外文翻譯--以硫酸鎳為主鹽的鎂合金化學鍍鎳 中文版.doc

以硫酸鎳為主鹽的鎂合金化學鍍鎳李建中1,邵忠財2,張新1,田彥文1(1.東北大學材料與冶金學院,沈陽110004；2.沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院,沈陽110168)摘要:以硫酸鎳為主鹽,采用正交實驗確定了鎂合金“無氟綠色環(huán)?！眽A性化學鍍鎳鍍液成分及操作條件。選擇適合鎂合金化學鍍的緩沖劑,考察了鍍液參數(shù)對化學鍍的影響。結(jié)果表明:緩沖劑Na2CO3適合鎂合金化學鍍鎳,它不僅能提高化學鍍鎳速度,而且可以調(diào)節(jié)鍍層與基體間的結(jié)合力,緩沖化學鍍過程中pH值的變化；堿性化學鍍的pH值范圍為8.511.5；絡合劑檸檬酸鈉的最佳濃度為30g/L；所得鍍層均勻致密,孔隙率少,屬于晶態(tài)特征明顯的低磷鍍層,耐蝕性較好,化學鍍層與鎂合金基體結(jié)合良好。關鍵詞:鎂合金；化學鍍；緩沖劑；耐蝕性；結(jié)合力鎂合金具有密度小、比強度高、降噪減振、可回收等特點,且具有很好的鑄造性能和切削加工性能,已受到汽車、航空航天、電子、通訊等行業(yè)的廣泛關注。近年來,鎂合金的用量在全球范圍內(nèi)的年增長率高達20%,顯示了極好的應用前景。然而,由于鎂合金的化學活性較高,耐蝕性和耐磨性差,限制了其更廣泛應用。在鎂合金表面直接化學鍍鎳可以提高耐蝕性、耐磨性等性能,鍍層均勻致密,且操作簡單,還可以在形狀復雜的工件上施鍍,大大促進了鎂合金的應用。鎂合金化學鍍鎳方法有兩種:一種是傳統(tǒng)的DOW氏浸鋅法,另一種是直接化學鍍方法。多年來,二種化學鍍液鎳鹽多以堿式碳酸鎳或醋酸鎳為主,化學鍍液成本高,穩(wěn)定性差,且多含有氟化物,污染環(huán)境,不適于工業(yè)應用。而鎂合金在含有SO42-或Cl-的鍍液中腐蝕速度較快,施鍍較難,所以,以硫酸鎳或氯化鎳為鎂合金化學鍍液主鹽的研究較少。Inoue等研究表明,鎂合金在NaCl溶液中腐蝕速度主要取決于溶液的pH值,在具有良好的緩沖性能的溶液中腐蝕速度明顯下降。本文作者以硫酸鎳為成膜主鹽,選擇適合鎂合金化學鍍的緩沖劑,開發(fā)“無氟綠色環(huán)保”的鎂合金化學鍍液,考察鍍液參數(shù)對化學鍍的影響。1實驗實驗材料采用鑄造鎂合金,化學成分(質(zhì)量分數(shù))為Mg93.0%,Al6.5%,其他0.5%。試樣尺寸均為50mm40mm20mm。鎂合金化學鍍鎳工藝流程為:預磨試樣堿性除油酸性浸蝕活化直接化學鍍鎳(各步用水洗)。酸性浸蝕溶液為CrO3120g/L,HNO3110mL/L；活化溶液HF(70%)220mL/L。采用4因素3水平正交實驗確定直接化學鍍液組成為NiSO425g/L,NaH2PO2:30g/L,C6H5Na3O7:30g/L,Na2CO3:30g/L,NH3H2O為pH調(diào)節(jié)劑,控制pH值為11,溫度(802)。考察鎂基體腐蝕情況時,模擬無還原劑NaH2PO2化學鍍時的鍍液組成,pH值為11(NH3H2O調(diào)節(jié))和溫度(802)等操作條件。采用pHS-25C數(shù)字式pH計監(jiān)測其溶液pH值的變化。附帶能譜儀的SSX-550掃描電鏡觀察試樣的表面形貌和成分分布,以電子天平(精度0.1mg)研究化學鍍層質(zhì)量隨時間的變化,通過X射線衍射儀檢測化學鍍層的相結(jié)構(gòu)。2結(jié)果與討論2.1緩沖劑的選擇和鎂基體在模擬鍍液中的腐蝕不同緩沖劑條件下鎂合金體量隨浸泡時間的變化如圖1所示。由圖可知,在3種不同緩沖劑下,鎂合金的質(zhì)量損失呈線性變化,直線的斜率可以表征鎂合金基體的腐蝕率,即斜率越大,腐蝕率越小。分別以Na2CO3、Na2B4O7、CH3COONa為緩沖劑時,鎂基體腐蝕率相應為-0.015、-0.022和-0.056?？梢?在模擬鍍液中,緩沖劑Na2CO3緩蝕性能較好。H2CO3電離常數(shù)為k1=4.410-7,k2=4.710-11；H2B4O7電離常數(shù)為k1=110-4,k2=110-9；CH3COOH電離常數(shù)為k=1.7510-5。它們相應的鹽電離出的酸根離子結(jié)合H+離子的能力取決于其電離常數(shù),即電離常數(shù)越小,結(jié)合H離子的能力越強。二元酸根離子主要是二級電離常數(shù)起作用,而H2CO3的二級電離常數(shù)k2=4.710-11明顯小于其他二者。因此,無論從緩蝕性能,還是其成本,緩沖劑Na2CO3都比較適合鎂合金化學鍍。圖1鎂基體在不同緩沖劑條件下質(zhì)量損失隨時間的變化不同pH值條件下,以Na2CO3為緩沖劑和無緩沖劑時,鎂合金在模擬鍍液中的腐蝕結(jié)果如圖2所示。由圖可知,相同pH值條件下,鎂基體在有緩沖劑的模擬鍍液中腐蝕率遠遠小于無緩沖劑的模擬鍍液中的腐蝕率。同時,無論有無緩沖劑,都是pH值越高,鎂合金基體腐蝕率越小?？梢?在含有SO42-的溶液中,鎂合金基體的腐蝕主要是由于H+離子引起的。圖2鎂基體在不同條件下質(zhì)量損失隨時間的變化2.2堿性化學鍍的主要影響因素緩沖劑對Na2CO3化學鍍速、鍍層表觀和鍍層結(jié)合力的影響如表1所示。表1緩沖劑Na2CO3對化學鍍速、鍍層表觀和鍍層結(jié)合力的影響由表1可知,隨著緩沖劑Na2CO3濃度的增加,化學鍍速隨之增加,鍍層表觀也明顯好轉(zhuǎn),而鍍層與鎂合金基體結(jié)合力卻顯著惡化?；瘜W鍍層與基體的結(jié)合力根據(jù)銼刀實驗來評價13,并給予其相應的等級分數(shù)。但是,如果鍍液中沒有緩沖劑,鎂合金基體不僅不能被施鍍,反而被鍍液腐蝕。這是由于化學鍍初期鍍液中鎳離子+與鎂基體發(fā)生置換反應,瞬間沒有H+離子產(chǎn)生,但有了催化中心的鎳,化學鍍液迅速發(fā)生氧化還原反應,沉積Ni-P。同時,伴隨產(chǎn)生大量的H2氣和H+離子13,14。大量H2氣上溢,攜帶H+離子也瞬間逃離鎂合金基體。若在鎂合金基體周圍沒有緩沖劑電解出的CO32-離子,H+離子將很快地擴散回到鎂合金基體附近,從而腐蝕基體,同時沉積的少量Ni-P層也被腐蝕掉。而當鍍液中存在一定量的緩沖劑時,電解出的CO32-離子將很好地束縛H+離子,進而Ni-P層順利沉積。當然,緩沖劑濃度小時,一些H+離子掙脫CO32-離子的束縛,也會腐蝕鎂合金基,形成點腐蝕；但緩沖劑濃度過大,H+離子很難逃脫CO32-離子的束縛,這樣會降低鍍層與基體的凹凸咬合,影響其結(jié)合力?；瘜W鍍液的pH值對化學鍍速和鍍層形貌也有重要的影響。鍍液中的H+離子除了被緩沖劑電解出CO32-離子束縛外,一些H+離子也會與化學鍍液中的OH離子結(jié)合,從而降低pH值。當pH值低于8.5時,化學鍍速低,化學鍍層很容易出現(xiàn)點腐蝕或者鍍層灰暗；當pH值高于11.5時,盡管化學鍍速高,但化學鍍層與鎂合金基體的結(jié)合力明顯降低。pH值低于8.5或高于11.5都不適合鎂合金化學鍍。適量的緩沖劑可