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镁合金无氟化学镀镍溶液及镀层性能研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 镁及镁合金概况

1.1.1 镁的基本性质

1.1.2 镁合金的分类

1.1.3 镁合金的性能

1.1.4 镁合金的应用

1.2 化学镀

1.2.1 化学镀的定义

1.2.2 化学镀工艺

1.2.3 化学镀研究现状

1.2.4 化学镀层的特点

1.2.5 化学镀镍基本原理

1.3 化学镀镍技术的应用

1.3.1 化学镀Ni-P合金

1.3.2 化学镀Ni-B合金

1.4 本论文研究的主要内容及意义

第2章 镁合金无氟碱性Ni-P预镀层的制备

2.1 引言

2.2 实验材料及用品

2.2.1 实验材料和规格

2.2.2 实验药品与设备

2.3 化学镀工艺条件与操作

2.4 化学镀试验方法

2.4.1 镀层沉积速率的测定

2.4.2 镀层结构的测定

2.4.3 镀层结合力的测定

2.5 碱性化学镀镍工艺条件的研究

2.5.1 硫脲浓度对化学镀镍速率的影响

2.5.2 温度对化学镀镍速率的影响

2.6 碱性化学镀层结构及反应机理

2.6.1 碱性化学镀层的结构

2.6.2 碱性化学镀镍的反应机理

2.7 本章小结

第3章 镁合金双层Ni-P镀层制备及耐蚀性研究

3.1 引言

3.2 工艺条件与操作

3.3 镀层的结构及耐蚀性测定

3.3.1 镀层电化学的测定

3.3.2 镀层结构的测定

3.3.3 浸泡实验

3.3.4 盐雾试验

3.4 复合镀层结构及成分分布

3.4.1 复合镀层的晶相结构

3.4.2 复合镀层开路电势

3.4.3 复合镀层的截面成分分布

3.5 镀层耐蚀性能

3.5.1 极化曲线测定

3.5.2 浸泡实验

3.5.3 盐雾实验

3.6 腐蚀模型

3.7 本章小结

第4章 Ni-B镀层生长机理及复合镀层制备的研究

4.1 引言

4.2 实验工艺条件与操作

4.3 实验测试方法

4.4 碱性Ni-B化学镀层沉积机理的探究

4.4.1 碱性Ni-B化学镀层生长过程形貌表征

4.4.2 碱性Ni-B化学镀层生长过程中镀层元素分析

4.4.3 碱性Ni-B化学镀层生长机理的分析

4.5 施镀工艺条件的探究

4.6 镀层结构及成分

4.7 镀层耐蚀性的评价

4.7.1 交流阻抗的测定

4.7.2 极化曲线测定

4.8 镀层的显微硬度

4.9 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文和专利

致谢

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摘要

镁合金由于具有许多优良的综合性能,被广泛应用在汽车、航空航天、电子工业等领域,而且发展前景越来越好。但是,由于镁合金的耐蚀性能差,制约了其广泛的应用。故所有镁合金零部件必须进行适当的表面防护处理才能应用。镁合金表面化学镀可以提高镀层的耐蚀性、耐磨性、传导性和电磁屏蔽等性能,还可以在形状不规则的工件上施镀。但是,镁合金镀镍液中含有大量氟化物,而氟离子的存在不但使镀槽材料受到制约,而且大量氟化物的存在对人体是有害的,会加速牙齿的退化。使用后的镀液排放引起了严重的环境污染。因此亟待开发出一种以廉价镍盐为主盐的环保化学镀镍工艺。本文拟利用无氟的碱性和酸性两种以廉价镍盐为主盐得化学镀镍液,先进行碱性化学预镀镍,后面再进行酸性化学镀镍,设计双层结构的化学镍镀层来提高镀层耐蚀性能。同时本文还研究了无氟碱性Ni-B镀层的生长机理,为有效控制镀层质量提供了理论依据,可进一步指导化学镀镍的工业生产。研究结果表明:
  1.碱性无氟Ni-P镀工艺中稳定剂浓度和温度对沉积速率影响很大,而镀速对镀层质量有很大的影响,过高的镀速会使镀层的结合力下降,孔隙率增多;过低的镀速,不能使基底表面覆盖完全,漏镀区多。实验得出最适稳定剂硫脲浓度为0.5 mg·dm-3,最佳施镀温度为348.15 K。
  2.经过碱性无氟Ni-P施镀40 min,酸性无氟Ni-P施镀50 min后获得了约为28μm厚的致密复合镀层,内层厚度约为15μm,外层为13μm,镀层之间结合力较好。内层能够保证酸性镀的正常进行,对镁合金基底提供了一定的保护作用,并且为其提供了良好的沉积活性基底。外层确保了复合镀层的良好耐蚀性。
  3.对碱性无氟Ni-B化学镀镍生长机理研究表明,前处理后基底表面会出现不同的相,他们在镀液中具有不同的化学性质,前期主要以快速的镍离子置换和成核反应为主,后期主要是Ni-B镀层的自催化反应。Ni-B/Ni-P致密复合镀层是通过碱性化学镀60 min后在酸性化学镀60 min得到。电化学实验表明复合镀层具有很大的阻抗,能够长时间保护镁合金不被腐蚀。

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