双络合剂条件下Ni-W-P化学镀层的沉积行为及耐蚀性

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Ni-W-P化学镀层以耐蚀、耐磨等优点被广泛应用于诸多领域,但合金元素W的沉积需依赖Ni的诱导共沉积过程。实现Ni-W共沉积的基础是两者沉积电位相近,而向镀液中添加络合剂是一种有效方法。与单络合剂相比,主、辅双络合剂的协同作用不仅有利于镀层中W的沉积,而且能提高镀层沉积速率、增强镀液稳定性。基于此,本文采用柠檬酸钠(NaCit)-乳酸(Lac)双络合剂镀液体系,系统地研究了NaCit与Lac浓度比(NaCit/Lac比)及硫酸镍(NiSO4)、次亚磷酸钠(NaH2PO2)、钨酸钠(Na2WO4)浓度对Ni-W-P镀层化学成分、相结构、微观结构、厚度、显微硬度及结合力的影响;同时,基于Ni-W-P镀层化学沉积过程中的反应方程式,在NaH2PO2浓度恒定条件下,深入探讨了NaCit/Lac比对W、P、Ni三者竞争沉积的作用机制,并分析了W、P元素含量比(W/P比)对Ni-W-P镀层耐蚀及耐磨性的影响。  实验采用SEM、EDS、XRD对不同Ni-W-P镀层的微观形貌、化学成分及相结构进行表征;使用自动划痕仪、显微硬度计测量镀层的结合力、显微硬度;通过电化学方法及中性盐雾试验研究不同W/P比镀层的耐蚀性,采用球.盘磨损试验机测试不同W/P比Ni-W-P化学镀层的耐磨性,并对其腐蚀行为机制与磨损行为机制进行探讨。  结果表明:随着NaCit/Lac比的增大,Ni-W-P化学镀层中W含量、W/P比均先升高后降低,P含量则相反;同时,随着NiSO4浓度的升高,镀层中W含量、W/P比也呈现先增后降趋势,但P含量却持续降低。当NaCit/Lac比1:1、NiSO4浓度40 g/L时,镀层中W含量最高为7.02wt.%,W/P比最大。镀层的沉积速率与其W含量具有一致性,而镀层中Ni的晶化趋势及镀层硬度与W/P比关系紧密,当W/P比最大值为1.74时,镀层晶态特征最强,硬度也最高,为754.8 HVo.02。NaCit/Lac比由1:5增至5:1时,镀层表面Ni颗粒的均匀性先变好后恶化;3:l时,Ni颗粒尺寸与分布的均匀性较好。此外,NaH2PO2浓度对镀层微观结构的影响也较为显著。电化学测试表明,NaCit/Lac比为3:1时镀层腐蚀电位可达-0.3112 V,腐蚀电流密度仅为0.382μA·cm-2;另外,此镀层经720 h盐雾试验后没出现明显腐蚀迹象,且腐蚀速率很低,同时EDS谱也表明其表面氧、铁含量极低。随着NaCit/Lac比的增大,镀层摩擦系数与磨损速率先降低后升高,NaCit/Lac比为1:1时,镀层耐磨性较好。在此基础上,提高NiSO4浓度至40 g/L时,其摩擦磨损行为可进一步改善。在恒定NaH2PO2浓度条件下,NaCit/Lac比会影响镀层/镀液界面处Ni2+与WO42-的状态,因而改变Ni、W、P的化学沉积速率,使三者沉积过程中的竞争关系发生变化,从而实现镀层成分调控。
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