汽车零部件锌镍合金的电镀工艺及性能研究.doc

\o "点击文章标题可访问原文章链接" 汽车零部件锌镍合金的电镀工艺及性能研究 ? 摘要：目的 研究锌镍合金镀液及镀层的性能。方法 通过赫尔槽和方槽试验研究了镀液组成、电流密度和温度对锌镍合金镀层外观、厚度及成分的影响。通过反复弯曲试验和热震试验研究了锌镍合金的结合力，中性盐雾试验研究了锌镍合金的耐腐蚀性能。结果较优的镀液组成及工艺条件为：319稳定剂70 mL/L，319镍补充剂22 mL/L，319晶细剂4 mL/L，319低位剂0.5mL/L，NaOH 120 g/L，ZnO 11 g/L，镀液温度25 ℃~ 30 ℃，阴极电流密度1~3 A/dm2。在该工艺条件下，锌镍合金沉积速度快，所得锌镍合金镀层表面均匀光亮，与基体结合力好。钝化后抗腐蚀性能优越，中性盐雾试验结果显示，600 h后出现白锈腐蚀点，1200h后才开始出现红锈。结论 完全达到汽车零部件处理要求。 关键词：锌镍合金；电镀；沉积速度；319稳定剂；结合力；中性盐雾 对于汽车用零部件的防护，传统的方法是在其表面进行镀锌，锌的标准电极电势比钢铁低，且锌的价格较低[1-3]。但电镀锌层的腐蚀速率过高，特别是随着汽车部分零部件对耐蚀性的要求越来越高，传统的电镀锌层已不能完全满足要求[4]。 锌镍合金镀层耐蚀性优良，是同等条件锌镀的5倍以上，而且氢脆敏感性低，焊接性及坚韧性具有很大的优势[5-7]，由于锌镍合金的这些特点，对其研究也越来越多，并在上世纪70年代国外就已大批量的应用于生产。近年来，国内关于锌镍合金的研究也有突破进展，范梅梅[8]等对汽车制动卡钳电镀锌镍合金进行了研究，得出电镀锌镍合金制动卡钳结合力好，防腐性能高，可以使用于高质量的轿车上。杜楠等[9]对汽车零件电镀锌镍合金进行了研究，得出含镍13%左右的锌镍合金镀层经钝化封闭处理后中性盐雾试验不出现红锈的时间能符合客户要求。虽然电镀锌镍合金具有很大的优势，但目前也存在沉积速度慢、分散性能较差、钝化处理难度大、电镀液不够稳定及维护成本比较高等缺点[10,11]。因此，制约了锌镍合金的发展。广州市海科顺表面处理公司专门生产锌及锌镍合金电镀添加剂，公司生产的新型319系列碱性锌镍合金添加剂具有沉积速度快，分散性能好，镀液维护简单等特点，已经运用于汽车零部件的生产中。实践证明，该工艺比同类产品优势明显，镀液稳定，钝化后抗腐蚀性能优越，便于工业化生产。 1? 实验 1.1 药品及仪器 赫尔槽(广州市二轻工业科学技术研究所)， pH计(上海雷磁仪器厂)，XDL型X-荧光镀层测厚仪（德国Fischer公司），宜泰机械制造厂9702盐雾试验箱。显微镜VHX-700FC（KEYENCE生产）。 1.2 工艺流程 除油→水洗×2→酸洗(30%HCl) →水洗×2→锌镍合金电镀→水洗×3→钝化（HKS 404蓝钝，pH=2.1，28 ℃，空气搅拌，100 s）→水洗×2→干燥 1.3 赫尔槽试验 在267 mL赫尔槽中进行，试验溶液为250 mL，阳极为6 cm×8 cm的纯镍板，阴极为6 cm× 10 cm的铁片。电流为2 A，时间为10 min。观察所得试片的外观，测量不同外观区域的宽度。 1.4 方槽试验 采用（12 cm×10 cm×10 cm）自制方形小槽，镀液体积为1000 L，阳极为纯镍板。电流密度为2 A/dm2，时间为10 min。测量试片的厚度及成分（测量4个点，取平均值）。 1. 5 镀层性能测试 1.5.1外观 采用显微镜来观察镀层的表面形貌。 1.5.2厚度与组分 采用XDL型X-荧光镀层测厚仪测镀层的厚度和组分。 1.5.3结合力 反复弯曲试验：将试样反复弯曲180°，直至基体断裂，观测镀层是否脱落。 热震试验：将试样置于烤箱中，（200 ± 5 ℃）恒温4 h后取出迅速放入水中骤冷，观测镀层是否起泡或者脱落。 1.5.4中性盐雾实验 按照GB/T 10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行中性盐雾试验（NSS）。 2 结果与讨论 2.1 镀液组成的正交试验 设计稳定剂、镍补充剂、晶细剂、低位剂、NaOH的含量及Zn/Ni质量比的六因素四水平的正交试验（过程略）进行赫尔槽试验，试验温度为27 ℃，电流为2 A，时间为10 min。从正交的实验结果来看，较优的镀液组成为：稳定剂70 mL/L，镍补充剂22 mL/L，晶细剂4 mL/L，低位剂0.5 mL/L，NaOH120 g/L，Ni/Zn=1:4。 2.2 镀液各组分的作用及其对镀层性能的影响。 2.2.1稳定剂 常用的稳定剂有柠檬酸盐、酒石酸盐、多元醇、有机胺等，稳定剂主要起稳定镀液，促进阳极正常溶解，增加阴极极化和改善镀层结晶的作用[12]。HKS-319稳定剂具有很好的配位能力，能有效的络合镀液中的镍离子，增加电流范围宽