碱性锌镍合金电镀中NiSO4·6H2O浓度对镀层的影响.pdf

碱性锌镍合金电镀中NiSO-·6H2O浓度对镀层的影响
碱性锌镍合金电镀中NiSO4?6H20
浓度对镀层的影响
黄攀,裴和中,张国亮,龙晋明
(昆明理工大学材料科学与工程学院,云南昆明650093)
[摘要]过去,就碱性铧镍合金电镀液中镍离子含量对镀层镍含量、形貌及耐蚀性的影响研究不够。考察了
镀液中NiSO4·6H20浓度对碱性锌镍合金镀层质量的影响,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪和塔菲尔曲线分析了
镀层的镍含量、形貌和性能。结果表明:锌镍合金镀层中镍含量随镀液中NiSO2·6H20浓度的增加而增大,当
NiSO4?6H20低于8g/L时,镀层镍含量低,晶粒粗大,不光亮;高于8gL时镀层镍含量較高,晶粒粗大、出现
,
瘤状物,镀层会出现开裂现象;浓度为8g/L时效果最好,镀层镍含量为12.56%,镀层平整、致密、光亮,具有良
好的耐蚀性能。
[关键词]碱性锌镍合金电镀;NiSO?6H2O浓度;镀层镍含量;形貌;耐蚀性
[中图分类号]1Q153.2[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2012)04-0021-03
0前
60mmx1mm,牌号:T2,铜+银(Cu+Ag≥9.9)
工艺流程;用磨轮打磨铜片(使试片表面更加光
锌镍合金镀层具有优异的耐蚀性、上漆性、成形
性和可焊性,被广泛应用于汽车、电子、航空航天等工
滑平整,除去部分毛皮、锈蚀等)→碱洗除油(70g/L
保
NaOH,室温,10~15min,以去除试片表面的油污)→
业领域。酸性锌镍合金镀层镍含量为13%左右时
其耐蚀性是纯锌镀层的5倍以上,与铬镀层相当,是水洗→酸洗除锈(250~270gL盐酸,室温,2
代铬镀层的首选以』。相比较而言,碱性锌線合金电絞min,去除表面氧化膜)→水洗→砂纸抛光(使试片表
面进一步光滑平整)→水洗一称重一施镀。
具有镀液分散能力好,能在较宽的电流密度范围内获
得成分均匀的镀层,对设备和工件腐蚀性小,成本低
碱性锌镍合金电镀:12g/LZnO,100g/ L NAOH,
4~14g/ L Niso4?6H2O,25g/LCH406KNa?4H2O,
等优点…2。目前有关镀液中镍离子对碱性锌镍合金
g/L四乙烯五胺,3.2gL光亮剂(FK-303,市售,
镀层的影响研究集中于镀层镍含量随镀液中锌镍离
是由有机胺及含氮杂环化合物等与环氧氯丙烷缩合,
子浓度比的变化方面,而对其形貌及耐蚀性的研究则
经季胺化后引入有关化合物和有机酸而成的单一型
较少。本工作考察了镀液中NiSO2?6H20浓度
光亮剂),时间30min,温度25℃,电流密度2.5
对碱性锌镍合金镀层质量的影响,并对镀层的镍含
A/dm
量、形貌及性能进行了研究,以进一步了解碱性体系
中镀液镍含量对锌镍合金镀层质量的影响规律。
1.2分析表征
用 Genesis Apex能谱仪测定镀层镍含量。用
1试验
JSM-6380LV型扫描电镜(SEM)观察镀层的形貌及晶
粒大小。以CHI760C电化学工作站采用三电极体系
1.1工艺条件
测定镀层的塔菲尔曲线,分析镀层的耐蚀性能:以饱
阳极为纯镍板,阴极基材为铜片,尺寸为20mmx和甘汞电极为参比电极,铂电极为对电极,腐蚀介质
为中性3.5%NaCl溶液,扫描速度为1mV/s。腐烛速
[收稿日期]2011-10-20
度物按下式计算
[通信作者]裴和中(1963-),副教授,研究方向:表面
D=3.73×10-4?J
技术与功能膜材料、腐蚀理论与防腐蚀技
术,电话:1351878559,E-mil: peihezhong式中
腐蚀速度,g/(m2:h
vip gq]. com
Jom-一自腐蚀电流密度,Am
碱性:锌镍合金电镀中NSO:·6H2O)浓度对镀层的影响
M一一金属摩尔质量,g/mol
好;图2d镀层表面依然光亮,镍含量为15.05%,
金属的原子价
镀层平整性较差,这可能与镀层中镍含量变化有关,
2结果与讨论
镀层中镍含量的不同导致形成不同金属间化合物,从
而影响镀层的形貌和结构;图2e镀层镍含量更高
2.1镀层镍令量
平整性更差,晶粒粗大,出现了瘤状物;图2f镀层镍
镀液中NSO2?6H2O的浓度从4g/L升至14含量最高,但平整性差,出现了裂纹,这可能由于随着
时,镀液澄清,无沉淀,说明配位剂的量比较充分,镍含量的增加,镀层中镍与锌形成了不同的化合物,
g/
与Ni2'配位很好。因此,改变镀液中NiSO·6H20
形成不同的物相导致平整性变差,应力变大。综上可
的浓度,配位剂的添加量不变,改变的只是N2配位知,随着镀液中NiSO·6H2O浓度的增加,镀层形貌
体的形式,其NISO4·6H20的有效浓度不会变化。
(晶粒、平整性,光亮度等)变化较明显;当镀液中
能谱分析结果表明:当镀液中NiSO-?6H20浓NISO2·6H20浓度为8g/L左右时镀层形貌最好,晶
粒细小、致密,光亮度高
度由4gL升至14g/L时,镀层中镍含量由10.05%
变至16.59%。由图1可知:当镀液中NSO4·6H20
浓度为8g/时,镀层镍含量为12.26%,此时镀层具
有优良的耐蚀性。电沉积时,阴极表面会形成
Zn(OH)2膜,阻碍NP'的通过从而发生异常共沉积,
5 um
5
5 w m
さ当镀液中NiSO,·6H20的浓度升高时,阴极表面附
i(: 84/
近的N'浓度也相应升高,Ni通过Zn(OH)2吸附
层的几率变大,阴极双电层中N2'浓度相应会増大
导致在阴极得到电子的N2“增多,致使镀层中镍含量
相应增加。在不同的区段斜率不同,增大的幅度不
NKSs>寸2n>
同。这可能由于双电层中7n2与(NiOH)'形成的多
5 um
5 Wm
核化合物[4Zn(OH)pNi(OH)g]"(p≥1,g≥2,m≤
(d)1(0g
()12g
f1!4y
10-4p-q)的形式不同,对N2电沉积的阻碍程度
图2镀液中不同NiS()?6H2-O浓度镀层的.M形貎
不同所致“。
镀层耐蚀性
图3为镀液中不同NiSO2?6H20浓度所得镀层
6
在3.5%NaC』溶液中的极化曲线。其相应的电化学
墜14
腐蚀参数(腐蚀电位E。m、腐蚀电流。和腐蚀电流密
EN
度Jon)见表1。由图3及表1可以看出,镀液中
NiSO2?6H120浓度为8~14g/L时,镀层的自腐蚀电
位相差不大,但都比4,6g/L时的正移了350mV左
P( Nisi(,6H,0))ノ(g?L)
右,与基体形成的微电池电动势较小,即腐蚀驱动力
图」镀层傑含量随镀液中NiSO1?6H2)浓度的变化
较小;金属的腐蚀速度与自腐蚀电流密度成正比!。
2.2镀层形貌
镀液中NiSO。?6H1O浓度为8g/L时腐蚀速度最小
镀液中不同NiSO·6H2(0浓度所得镀层的表面
形貌见图2。图2a显示,镀层晶粒呈现两种相态(球
状晶和枝晶),晶粒之间链接不紧密,有空隙,此时镀
45
层锞含量较低,