稀土Sm对电沉积NiP合金镀层的影响2008.doc

材料保护 V01．4l No．4 第41卷第4期 2008年4月 Materials Protection Apr．2008 稀土Sm对电沉积Ni— P合金镀层的影响 刘素芹‘，戴高鹏1，王高芳1。朱文杰2 (1．湖北襄樊学院化学与生物科学系，湖北襄樊441053； 2．中南大学材料与工程学院，湖南长沙410083) 【摘要] 通过在镀液中添加稀土Sm以改善Ni— P镀层的力学和耐蚀性能，研究了添加SmCl3· 6Hz0 对电沉积Ni．P合金阴极极化和沉积速率的影响，综合考察了镀层表面质量和耐蚀性能。结果表明，在镀液 中加入微量SmCl，· 6H：O后，镀液阴极极化减少，金属离子的沉积速率、镀层的表观质量以及耐蚀性能都有 不同程度的提高。 [关键词] SmCl3· 6H20；Ni— P合金电沉积；阴极极化；耐蚀性 [中图分类号]TQl53．2 [文献标识码]A [文章编号]1001— 1560(2008)04— 0038-02 O前言 尺寸为20 mm×10 mm，电镀时间5 rain。在TG328A电 光分析天平上称沉积前后质量，根据称量法计算单位 Ni— P合金具有优异的耐蚀、耐磨和较好的电阻值 与磁性能【l’2]，并广泛应用于机械、汽车、电子、半导体 面积镀层的质量，得出沉积速率。 等领域。当P含量超过8％时，镀层呈非晶态。但含P 利用Chi660电化学测试系统作不同镀液的阴极极 量较高的镀层性能较差、较脆，与基体结合力低。而低 化曲线，并在5％NaCl溶液中获得不同镀层的塔菲尔 P合金镀层的力学性能较好，但不能形成非晶组织，耐 曲线。测试采用三电极体系进行，以饱和甘汞电极为 蚀性能较差。因此，如何提高Ni— P合金镀层的综合性 参比电极，铂为辅助电极，阴极极化曲线用黄铜为工作 能是目前关注的一个重要问题。稀土元素具有特殊的 电极，塔菲尔曲线用不同镀层为工作电极，扫描速度10 电子层结构，对电沉积过程必然会产生一定的影 mV／so 响”一J。在电沉积Ni-P合金镀液中加入微量的稀土元 用KYKY．2800型扫描电子显微镜观测镀层的表 素，能显著提高分散能力和阴极电流效率，拓宽光亮镀 观形貌。 层的电流密度范围，促进Ni— P合金微晶组织向非晶组 织转变，从而提高Ni— P合金镀层的耐蚀性口J。本工作 2结果与讨论 主要研究稀土Sm对电沉积Ni-P合金镀层镀层的影 2．1镀液的阴极极化曲线 响。 不同镀液的阴极极化曲线见图1。从图l中可看 1试验 出，镀液中加入SmCI，· 6H：0后，阴极极化减少。在本 镀液体系中，亚磷酸是Ni一19合金镀层中P的来源。目 所有试剂均为分析纯，镀液用去离子水配制，镀液 前所提出的非晶态Ni．P合金电沉积机理∞1主要有两 组分为：30 g／L NiS04。6H20、20 mL／L H3P03(50％)、 种，一种是直接机理，另一种是间接机理，间接机理更 20 g／L C6H807· H20、0～4 g／L SmCl3· 6H20、50 g／L 为人们所接受，主要电极反应为： H3803。用稀H2S04和NaOH调节pH=5、温度50℃、 6H++6e一— }6H。d． 电流密度50 mA／cm2。工艺流程为：除油_酸洗_+自 来水洗_蒸馏水洗_热风吹干-÷称量_弱浸蚀_自来 水洗-÷蒸馏水洗一电沉积-+自来水洗_蒸馏水洗-+热 H3P03+6Hdds— PH3+3H20 2PH，+3Ni2+以P+3Ni+6H+ 风吹干_称量。阳极为Ni(99．95％)，阴极为黄铜片， 即亚磷酸首先在电极上放电析出PH，，PH，再将Ni2+还 原生成Ni— P合金。稀土元素具有特殊的电子层结构， [收稿日期]2008一01— 21 是较强的内吸附元素。稀土与吸附在金属表面的 一38— 万方数据  稀土Sm对电沉积Ni· P合金镀层的影响 H，PO，相互作用，加速了H，PO，中P— H键的断裂‘71， 同时稀土元素可与镍等过渡金属离子相互降低活度， 增加互溶度‘81，稀土元素吸附在基体表面的同时，加速 了金属离子在基体表面的还原，减少了镀液的阴极极 化。 12 (a)未添JJIISmCI，‘6H：O (b)添加2 g／LSmCI，‘6H，O 10 《8 b 6 ≈ 4 图3镀层的电镜扫描 后，镀层看不到明显的裂纹，说明改善了镀层的脆性。 试验中加入稀土Sm后，阴极气泡增多，增加了对镀液 2 0 的搅拌作用，使镀层的表面质量较不加稀土的镀层均 — 0．2— 0．4— 0．6— 0．8— 1．O一1．2 Ef、 匀。 图I 不同镀液的阴极极化曲线 a．NiS04· 6H20+H3P03+C6H807· H20+H3803 2．4镀层的耐蚀性能 不同镀层在5％NaCl溶液中的塔