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【簡(jiǎn)介】
（吉林師范大學(xué)，吉林四平136000）
摘要：采用檸檬酸鈉與乳酸組成復(fù)合配位劑在AZ 31B鎂合金上酸性化學(xué)鍍鎳一磷合金。研究復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)鍍層沉積速率、表面形貌、鍍層成分、顯微硬度及耐蝕性的影響。結(jié)果表明：檸檬酸鈉與乳酸的質(zhì)量濃度比為0.6時(shí)，鍍速較快，鍍層表面光亮、均勻、致密，鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，鍍層顯微硬度及耐蝕性較AZ 31B鎂合金有顯著提高。
關(guān)鍵詞：復(fù)合配位劑，AZ 31B鎂合金，酸性化學(xué)鍍鎳
中圖分類號(hào)：TQ 153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4742（2011）05-0037-03
0前言
鎂合金具有諸多優(yōu)點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航空航天領(lǐng)域以及便攜式電子儀表、計(jì)算機(jī)等方面，并以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、可回收性、抗電磁干擾及屏蔽性能，被譽(yù)為21世紀(jì)的“時(shí)代金屬”[1]。但是鎂合金耐蝕性較差，使其應(yīng)用受到一定限制。化學(xué)鍍鎳一磷合金具有均鍍能力高、無需電源、工藝簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是改善鎂合金耐蝕性和耐磨性的有效方法。
在化學(xué)鍍液中，配位劑是最重要的添加劑[2]，配位劑種類的選擇、多種配位劑的搭配關(guān)系是化學(xué)鍍液配制的核心問題。為了兼顧鍍液鍍速與鍍層質(zhì)量?jī)蓚€(gè)因素，單一配位劑已經(jīng)難以滿足要求，而復(fù)合配位劑[3]可以綜合每一種配位劑的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其缺陷。本文采用檸檬酸鈉與乳酸組成復(fù)合配位劑，研究檸檬酸鈉與乳酸在不同質(zhì)量濃度比的條件下對(duì)鍍速、表面形貌、鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、硬度及耐蝕性的影響，從而確定最佳的復(fù)合配位劑的比例。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
基體材料為壓鑄態(tài)AZ 31B鎂合金，其主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：Al 3.19%，Mn O.334%， Zn O.81 %,Fe O.005 %,Si O.02 %,Be 0.01%, Cu O.005%，其他<0.01%，Mg余量。樣品尺寸為40 mm×25 mm×0.6 mm。所用試劑均為分析純，溶液均采用去離子水配制。
1.2工藝流程
砂紙打磨—→超聲波清洗—→堿洗—→一步酸洗-活化—→化學(xué)鍍中間層—→酸性化學(xué)鍍鎳（各步間水洗）
1.3主要工序說明
（1）堿洗
NaOH 50 g/L,Na3P04 10 g/L,65～70℃，10min。
（2）一步酸洗-活化[4]
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的H3P04 50 mL/L，H3BO3 30 g/L，NH4HF2 60 g/L，室溫，1 min。
（3）化學(xué)鍍中間層[5]
1.4化學(xué)鍍鎳鍍速測(cè)定
化學(xué)鍍鎳鍍速計(jì)算公式為[6]：
式中：m1，m2為施鍍前、后的質(zhì)量，g；嚴(yán)為鎳一磷合金的密度，取8.1 g/cm3；S為試樣表面積，cm2；t為施鍍時(shí)間，h。
1.5鍍層性能測(cè)試
（1）利用S-570型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察鍍層的表面形貌。
（2）利用ZSX Primus II型X射線熒光光譜儀（XRF）測(cè)試鍍層元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
（3）采用動(dòng)電位極化曲線（Tafel）評(píng)價(jià)鍍層的耐蝕性能。電化學(xué)測(cè)試采用荷蘭Autolab型電化學(xué)工作站，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl中性腐蝕溶液中于室溫（25℃）下進(jìn)行。測(cè)試前將試片在開路電位下浸泡10 min，以保證測(cè)試過程穩(wěn)定。極化曲線測(cè)試采用三電極體系，以飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對(duì)電極，測(cè)試試片為工作電極，掃描速率為1 mV/s。
（4）采用MHV 2000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)量鍍層硬度，施加載荷0.49 N，持續(xù)加載時(shí)間10 s。2 結(jié)果與討論
2.1 復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)鍍速的影響
圖1為復(fù)合配位劑的不同質(zhì)量濃度比對(duì)鍍速的影響。在鎂合金酸性化學(xué)鍍鎳中，檸檬酸鈉作為重要的配位劑，可以降低游離Ni2+的質(zhì)量濃度，抑制反應(yīng)中產(chǎn)生的H2 P03與Ni2+形成沉淀，增加鍍液的穩(wěn)定性[7]。當(dāng)其用量大于45 g/L時(shí)，鍍速過低，難以得到厚度合適的鍍層，同時(shí)降低鍍層的耐蝕性。乳酸集配位、加速、緩沖作用于一身，在乳酸體系中能得到較高的鍍速[8]，當(dāng)其用量大于25 g/L時(shí)，鍍速與鍍層耐蝕性均有下降的趨勢(shì)。由圖1可知：當(dāng)檸檬酸鈉與乳酸的質(zhì)量濃度比為0.75時(shí)，鍍速達(dá)到最大值，但此時(shí)鍍液容易因鍍速過快而分解，鍍液的不穩(wěn)定性直接影響化學(xué)鍍鎳層的沉積，所以鍍速不能作為衡量鍍層質(zhì)量的唯一指標(biāo)。
2.2復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)表面形貌的影響
圖2為復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)鍍層表面形貌的影響。
由圖2可知：隨著檸檬酸鈉與乳酸的質(zhì)量濃度比的增大，表面趨于平整，當(dāng)復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比為0.6時(shí)，鍍層胞狀結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密，無明顯缺陷；繼續(xù)增大其質(zhì)量濃度比至0.75時(shí)，由于鍍速過快，產(chǎn)生大量氣體溢出，導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳層覆蓋不均，甚至出現(xiàn)裂紋，極大地影響鍍層性能；當(dāng)其質(zhì)量濃度比為0.9時(shí)，胞狀微粒大小不勻，表面粗糙，孔隙較大。
2.3 復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)磷的影響
圖3為復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。隨著鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，鍍層微觀結(jié)構(gòu)將逐漸由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕B(tài)或非晶態(tài)。非晶態(tài)合金鍍層結(jié)構(gòu)均勻，原子間結(jié)構(gòu)有序，具有較好的化學(xué)和電化學(xué)均勻性[9]。由圖3可知：鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于8%，屬于中高磷鍍層[10]，當(dāng)復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比為0.6時(shí)，酸性化學(xué)鍍Ni-P鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為12.49%。
2.4復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)耐蝕性的影響
圖4為在復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比不同的條件下所得的化學(xué)鍍層在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的NaCl溶液中的Tafel曲線，表1為相應(yīng)的擬合參數(shù)。與鎂合金基體的相比較，所有化學(xué)鍍鎳一磷合金鍍層的自腐蝕電位都有較大幅度的正移，且自腐蝕電流密度均明顯減小。當(dāng)復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比為0.6時(shí)，鍍層的耐蝕性最好，其自腐蝕電位為-0.535 V，自腐蝕電流密度為1.248×10-6 A/cm2。在此條件下獲得的鍍層較其他鍍層表面平整、致密、孔隙率低。
2.5復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)硬度的影響
表2為復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比對(duì)鍍層硬度的影響。由表2可知：當(dāng)復(fù)合配位劑的質(zhì)量濃度比為0.6時(shí)，所得鍍層的硬度最大，為5970 MPa。
3 結(jié)論
（1）選用檸檬酸鈉與乳酸組成的復(fù)合配位劑，解決了單一配位劑鍍速與鍍層質(zhì)量不能協(xié)調(diào)的問題。
（2）經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定，檸檬酸鈉與乳酸的最佳質(zhì)量濃度比為0.6。
（3）當(dāng)檸檬酸鈉與乳酸的質(zhì)量濃度比為0.6時(shí)，所得鍍層中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.49%，硬度為5970 MPa，且該鍍層表面平整、致密，耐蝕性良好。
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