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田 峰,姬清華
（1．河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003；2.新鄉(xiāng)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003）
摘要：采用氨基磺酸鹽鍍液電沉積鎳層，通過WLI，SEM，XRD和MHT對鍍層的三維形貌、微觀織構(gòu)及硬度進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在鍍液中不舍添加劑的情況下，隨著陰極電流密度的增加，鍍層晶粒細(xì)化，但鍍層致密性變差且硬度呈近似線性關(guān)系降低；鍍液中加入適量添加劑后，鍍層衍射譜特征和各晶面的擇優(yōu)取向度無明顯改變，但在相同陰極電流密度下所得鍍層的晶粒更加細(xì)小且硬度有所提高。
關(guān)鍵詞：氨基磺酸鹽；三維形貌；微觀織構(gòu)；硬度
中圖分類號：TQ 153 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-4742(2012)04-0009-03
0前言
鎳是電鍍工藝中常用的金屬之一，因其具有良好的綜合性能，已被成功地用于火箭發(fā)動機(jī)噴管、破甲藥型罩、精細(xì)金屬濾網(wǎng)、微波器件和電解加工用電極等諸多功能性零部件的制造[1-2]。氨基磺酸鹽鍍液具有分散能力和均鍍能力強(qiáng)、鍍層內(nèi)應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)，是制備高質(zhì)量鍍層的首選鍍液類型。本文采用氨基磺酸鹽鍍液電沉積鎳層，并對所得鍍層的三維形貌、微觀織構(gòu)及硬度進(jìn)行分析。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1鍍液組成及工藝條件
Ni(NH2SO3)2·4H20 420 mL/L, H3BO3 37.5g/L, NiCl2·6H2O 6 g/L,pH值4.0,1～7 A/dm2,55℃。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
采用雙電極體系，陽極為電解鎳板，陰極為紫銅片，陰陽極水平正對布置，間距為25 mm。陰極前處理工藝流程：粗磨—→精磨—→超聲波除油—→稀鹽酸溶液中浸洗5 min—→稀氫氧化鈉溶液中浸洗5 min—→丙酮沖洗—→去離子水沖洗—→真空干燥。電鍍后，將鍍層與基體分離。
1.3性能檢測
采用白光干涉儀( WLI)觀察鍍層的三維形貌。采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察鍍層的微觀結(jié)構(gòu)。采用X射線衍射儀( XRD)測試鍍層的顯微織構(gòu)。采用顯微硬度儀(MHT)測試鍍層的硬度。
2 結(jié)果與討論
2.1三維形貌
圖1為在不同陰極電流密度下所得鍍層的三維形貌。由圖1可知：當(dāng)陰極電流密度為3 A/dm2時，鍍層上存在少量的缺陷，表面略有起伏，形態(tài)舒緩；當(dāng)陰極電流密度為7 A/dm2時，鍍層上幾乎布滿缺陷，表面高低起伏明顯，呈現(xiàn)出峰谷交替的形態(tài)。其原因?yàn)椋弘S著陰極電流密度的增加，陰極還原過程加快，消耗掉的Ni2+增多，但又難以及時得到補(bǔ)充，致使液相傳質(zhì)受限的可能性提高，析氫量增大，鍍層表面的整平性變差。
2.2微觀結(jié)構(gòu)
圖2為陰極電流密度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響。
由圖2可知：隨著陰極電流密度從1 A/ dm2提高至7 A/dm2，鍍層晶粒的平均尺寸由10 μm降至4μm，且晶粒分布趨于均勻。其原因?yàn)椋弘S著陰極電流密度的增加，陰極過電位增大，晶核的生成速率加快而長大速率減慢[3]，此時鍍層的致密性明顯變差。分析認(rèn)為：針孔、積瘤等缺陷增多造成結(jié)晶位錯出現(xiàn)的幾率升高，是導(dǎo)致鍍層微觀結(jié)構(gòu)隨陰極電流密度增大明顯惡化的原因所在。
在上述實(shí)驗(yàn)條件不變的基礎(chǔ)上，加入0. 05 g/L十二烷基硫酸鈉，所制得的四種鍍層的微觀結(jié)構(gòu)，如圖3所示。對比圖2和圖3可知：在陰極電流密度相同的條件下，加入適量添加劑后所得鍍層晶粒更加細(xì)小、結(jié)構(gòu)更加緊致。盡管如此，鍍層微觀結(jié)構(gòu)隨陰極電流密度的變化趨勢仍未改變。
2.3 XRD譜圖
圖4為在不同工藝條件下所得鍍層的XRD譜圖。與PDF卡對照可知：兩種鍍層均有(111)，(200)，(311)和(400)四個晶面，最高強(qiáng)度衍射峰均為(200)面，呈現(xiàn)出幾乎相同的面心立方結(jié)構(gòu)。這說明添加劑對鍍層衍射譜特征影響甚微。
進(jìn)一步計(jì)算兩種鍍層各晶面的擇優(yōu)取向度（計(jì)算公式詳見文獻(xiàn)[4]），實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表1所示。由表1可知：添加劑對各晶面的擇優(yōu)取向度無明顯影響，前后各晶面的擇優(yōu)取向度差別不大且都不高，鍍層呈現(xiàn)無明顯取向織構(gòu)。這與文獻(xiàn)[5]的研究結(jié)果幾乎吻合。
2.4硬度
圖5為陰極電流密度對鍍層硬度的影響。由圖5可知：隨著陰極電流密度由1 A/dm2提高至
7 A/dm2，兩種鍍層的硬度均呈近似線性關(guān)系降低；在無添加劑的情況下，鍍層硬度由3 100 MPa降至2540 MPa;在有添加劑的情況下，鍍層硬度由3370MPa降至2 900 MPa。其原因?yàn)椋弘S著陰極電流密度的增加，鍍層上的缺陷增多，結(jié)晶位錯的可能性增大，致使組織致密性變差，硬度降低。但相比而言，采用相同陰極電流密度，加入添加劑后所得鍍層的硬度明顯增大。一方面，添加劑吸附于陰極雙電層緊密層內(nèi)活性生長點(diǎn)上，占據(jù)Ni2+還原反應(yīng)生長位置，抑制品核長大，細(xì)化晶粒，致使Ni2+還原后在結(jié)晶過程中的相互作用力增強(qiáng)，晶界密度增大，鍍層致密性提高；另一方面，添加劑可能參與陰極反應(yīng)而被還原，部分分解產(chǎn)物（如S，P等）夾雜于鍍層品格空隙中，形成結(jié)晶的點(diǎn)或面缺陷，致使鍍層產(chǎn)生夾雜應(yīng)力，硬度增大[6]。
3 結(jié)論
(1)在鍍液中不含添加劑的情況下，提高陰極電流密度能明顯細(xì)化晶粒，但也會惡化鍍層微觀結(jié)構(gòu)，降低硬度。
(2)適量添加劑對鍍層衍射譜特征及各晶面的擇優(yōu)取向度無明顯影響，但可進(jìn)一步細(xì)化晶粒，同時增大硬度。
參考文獻(xiàn)：
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