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鎂合金化學(xué)鍍鎳的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
姚 妍1， 姜 楓2
(1.天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司，天津300462;2.首都航天機(jī)械公司，北京100076)
摘要： 鎂合金的腐蝕問(wèn)題已經(jīng)成為制約其諸多性能發(fā)展的關(guān)鍵因素，提高鎂合金的耐蝕性勢(shì)在必行。綜述了化學(xué)鍍鎳的基本原理，簡(jiǎn)要介紹了鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究現(xiàn)狀，同時(shí)概述了鎂合金化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞： 鎂合金;化學(xué)鍍鎳;耐蝕性
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4742(2014)01-0004-03
0 前言
鎂合金是結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，具有很高的比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量及良好的抗沖擊性、可焊接性、尺寸穩(wěn)定性[1-2]，并以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、可回收性、抗電磁干擾等特點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)的“時(shí)代金屬”[3-5]。這些特性使得鎂合金被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、航空航天、電子通訊等領(lǐng)域。
然而，鎂合金也是結(jié)構(gòu)材料中最活潑的金屬之一，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V。另外，由于MgO與Mg的密度比為0.81，故在自然狀態(tài)下鎂的氧化膜疏松多孔，對(duì)鎂基體沒(méi)有保護(hù)作用。鎂合金的腐蝕問(wèn)題已成為制約其諸多性能發(fā)展的關(guān)鍵因素，提高鎂合金的耐蝕性勢(shì)在必行。
鎂合金的表面處理技術(shù)是目前研究得最多的一種效果好、適應(yīng)性強(qiáng)的防腐蝕手段。現(xiàn)階段的表面處理方法主要分為表面改性和表面涂鍍層兩大類(lèi)[6-8]，具體包括陽(yáng)極氧化處理、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、有機(jī)涂層、氣相沉積、激光表面改性及電鍍和化學(xué)鍍金屬層等[9-12]。與其他處理方法相比，化學(xué)鍍鎳能夠在基體表面獲得厚度均勻、耐蝕性好、硬度高、光潔平整的鍍層，且制備方法簡(jiǎn)單、投資成本低。另外，通過(guò)添加第二相微粒，還能夠獲得具有極佳耐磨性的復(fù)合鍍層。基于此，化學(xué)鍍已成為鎂合金重要的表面處理方法之一[13-15]。本文概述了化學(xué)鍍鎳的基本原理，簡(jiǎn)要介紹了鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究現(xiàn)狀，并展望了鎂合金化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢(shì)。
1 化學(xué)鍍鎳的基本原理
化學(xué)鍍是一個(gè)異相催化的氧化還原過(guò)程，包括金屬離子的陰極沉積和還原劑的陽(yáng)極氧化，是在具有催化活性的金屬表面同時(shí)進(jìn)行多個(gè)電極反應(yīng)過(guò)程的共軛體系[16]。關(guān)于化學(xué)鍍鎳-磷合金的反應(yīng)機(jī)制有很多種看法，其中Cutzeit C的催化理論為大多數(shù)人所接受[17-20]。該理論具體包括：(1)鍍液加熱后，次磷酸根在催化金屬的催化作用下脫氫而形成亞磷酸根，同時(shí)放出初生態(tài)原子氫;(2)初生態(tài)原子氫被吸附在催化金屬表面，將鍍液中的鎳離子還原，在催化金屬表面沉積形成金屬鍍層;(3)催化金屬表面的初生態(tài)原子氫使次磷酸根還原成磷，同時(shí)由于催化作用使次磷酸根分解，形成亞磷酸和分子態(tài)的氫;(4)鎳原子和磷原子發(fā)生共沉積，進(jìn)而形成鎳-磷合金鍍層。
化學(xué)鍍鎳是在無(wú)電源條件下用還原劑(如次磷酸鈉)從化學(xué)鍍液中將鎳離子催化還原為金屬鎳，并沉積到零件表面。沉積在零件上的鎳對(duì)化學(xué)鍍反應(yīng)也具有催化作用，一旦反應(yīng)開(kāi)始，該反應(yīng)就會(huì)持續(xù)進(jìn)行下去，直至鍍層達(dá)到所需厚度為止。
2 鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究進(jìn)展
2.1 前處理工藝
鎂合金在化學(xué)鍍之前必須進(jìn)行嚴(yán)格有效的前處理，以除去基體表面的油脂、污垢和氧化層[20]，并使基體表面生成一層保護(hù)膜，同時(shí)還應(yīng)確保處理后的基材對(duì)化學(xué)鍍有一定的催化作用。前處理是鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝中的關(guān)鍵步驟。在基本的施鍍條件下，前處理工藝的好壞決定了化學(xué)鍍反應(yīng)能否在鎂合金表面以合理的速率發(fā)生，也決定了化學(xué)鍍層與鎂合金基體間結(jié)合力的好壞。
近來(lái)，不少學(xué)者對(duì)鎂合金直接化學(xué)鍍鎳的前處理工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并取得了不錯(cuò)的效果。王建泳等[21]介紹了一種一步酸洗活化工藝，能夠在簡(jiǎn)化操作工藝的同時(shí)提高化學(xué)鍍鎳層與基體間的結(jié)合力。其工藝配方為：H3BO330g/L，NH4HF240g/L，H3PO4(w=85%)60mL/L，25s。周婉秋等[22]采用“兩步”電鍍鋅作為化學(xué)鍍鎳層與基體的中間層，能夠提高鍍層與基體間的結(jié)合力，并改善鍍層的耐電偶腐蝕性能。王福會(huì)等[23]采用錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜作為鍍層與基體的中間層，再經(jīng)SnCl2敏化、PdCl2活化和還原劑還原后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。所得鍍層的陽(yáng)極極化曲線具有明顯的鈍化區(qū)間，表明其具有良好的耐蝕性。Wang X J等[24]則開(kāi)發(fā)了一種以磷酸鹽和高錳酸鹽為主的環(huán)保型一步酸洗活化工藝，處理后在鎂合金表面形成了一層均勻、細(xì)致的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，經(jīng)化學(xué)鍍鎳后鍍層的致密性和結(jié)合力均得到了明顯的改善。
