低氟无铬酸洗活化前处理的镁合金电镀研究

论文摘要

镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有许多优异的性能,在汽车、电子、航空等领域具有广阔的商业应用前景,被人们誉为“21世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”。然而,由于镁的电极电势较负（-2.36 V）,在空气中很容易被氧化,生成疏松、防护性能差的氧化膜,导致镁合金在潮湿的大气、土壤和海水中发生严重的腐蚀,限制了镁合金的广泛应用,电镀是镁合金表面防护处理的重要手段之一,可适用于高光泽装饰、耐磨,或在耐热条件下使用的镁合金表面要求。但适当的电镀前处理过程是得到理想镀层的关键。本文综述了国内镁合金零部件的生产与应用,镁合金表面防护处理及电镀前处理研究进展。开发了镁合金一步酸洗活化电镀前处理工艺,用无氟、无铬的一步酸洗活化处理法取代目前存在的有氟有铬的酸洗和活化两步处理法。研究了酸洗活化液的组成,酸洗活化工艺操作条件,并分析了镁合金一步酸洗活化机理。同时对酸洗活化后的浸锌液的配方做了改进,进一步的研究了镁合金浸锌工艺和浸锌合金机理,并对浸锌液的稳定性作了研究。此外,实验还对一步酸洗活化浸锌后镁合金进行了镀铜、锌、镍的研究。研究结果表明:1.一步酸洗活化处理可取代酸洗和活化两步处理达到双重功效。锰的氧化物和不溶性磷酸盐组成的活化膜能有效改善基底在溶液中的耐蚀性。酸洗活化液的最佳pH值控制在4～6的范围内,酸洗活化时间大于450 s时试样表面才能形成有效活化膜。镁合金在酸洗活化液中的腐蚀与表面活化膜的形成是同时发生的,开始时镁合金的腐蚀速率大于活化膜的形成速率,而后活化膜的形成速率逐渐增大并抑制腐蚀的进行。在酸洗活化液中,活化膜的形成经历了成核、生长、增厚三个阶段,生长阶段的活化膜适用于做后续浸锌液中的保护模。2.镁合金浸锌离不开氟离子,氟离子的加入减缓了镁与锌离子的置换反应速率。溶解度小的氟化镁沉淀在镁基底上,影响了镁与锌离子之间的置换反应速率,从而控制了锌的沉积速率。在浸锌液中加入镍离子能有效改善锌层的晶体结构,得到致密、均匀的锌镍合金层,加入用EDTA络合的镍离子能有效改善浸锌液的稳定性。一步酸洗活化工艺中的最佳浸锌温度控制在55～75℃,最佳浸锌时间为30～300 s。3.一步酸洗活化镁合金电镀前处理可用于Cu、Zn和Ni多种金属电镀前处理,试样经一步酸洗活化处理浸锌后不仅可以获得良好的焦铜镀层而且还可以获得良好的锌、镍镀层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内镁合金零部件的生产与应用的现状
• 1.1.1 镁合金零部件的生产现状
• 1.1.2 镁合金零部件应用现状
• 1.2 镁合金的表面防护镁合金表面防护处理研究进展
• 1.2.1 化学转化膜
• 1.2.2 阳极氧化
• 1.2.3 有机涂层
• 1.2.4 金属镀层
• 1.3 镁合金表面电镀前处理研究进展
• 1.3.1 浸蚀
• 1.3.2 活化
• 1.3.3 浸锌
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 镁合金在酸洗活化溶液中的界面反应
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 AZ91D镁合金表面状态分析
• 2.3.2 镁合金一步酸洗活化工艺
• 2.3.2.1 一步酸洗活化配方的选择
• 2.3.2.2 一步酸洗活化溶液组分影响
• 2.3.2.3 一步酸洗活化参数的影响
• 2.3.3 一步酸洗活化机理分析
• 2.3.3.1 镁合金表面与酸洗活化液的界面反应分析
• 2.3.3.2 一步酸洗活化对试样基底表面电势的影响
• 2.4 小结
• 第3章 镁合金一步酸洗活化后的浸锌研究
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 浸锌配方的选择
• 3.2.2 浸锌配方的改进
• 3.2.3 浸锌工艺参数的选择
• 3.2.3.1 浸锌时间对镀铜的影响
• 3.2.3.2 浸锌温度对镀铜的影响
• 3.2.4 浸锌镍合金机理分析
• 3.2.5 添加剂对浸锌液的稳定性影响
• 3.2.6 浸锌液的使用寿命
• 3.3 小结
• 第4章 镁合金一步酸洗活化电镀研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 一步酸洗活化工艺镀铜
• 4.3.1.1 一步酸洗活化工艺镀铜对酸洗活化时间的选择
• 4.3.1.2 一步酸洗活化工艺镀铜对酸洗活化pH值的选择
• 4.3.1.3 不同前处理工艺所得铜镀层
• 4.3.2 一步酸洗活化工艺镀锌
• 4.3.2.1 镀锌液配方的选择
• 4.3.2.2 一步酸洗活化工艺镀锌对电流密的度选择
• 4.3.2.3 一步酸洗活化工艺镀锌对电镀时间的选择
• 4.3.3 一步酸洗活化工艺镀镍
• 4.3.3.1 一步酸洗活化溶液组分含量对镍镀层的影响
• 4.3.3.2 添加剂对镍镀层的影响
• 4.3.4 一步酸洗活化电镀铜/镍/铬组合镀层
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间取得的成果
• 致谢