高强钢低氢脆电镀锌镍合金工艺及添加剂的研究

论文摘要

锌镍合金镀层是近20年发展起来的一种新型防护性镀层,具有高耐蚀性、低氢脆性、较好的可焊性和机械加工性,极具发展前景。本文在几种典型溶液配方的基础上,采用赫尔槽（250mL）实验,通过小槽电镀实验以及镀液性能、镀层性能测试,最后分析对比确定出最佳溶液成分及工艺条件。研究了主盐含量、添加剂、电流密度、温度及pH值对镀层镍含量及镀层形貌的影响。初步研究了锌镍合金镀层组成、结构与镀层的氢脆性、耐蚀性的关系。开发研究了添加剂AS-903,使用添加剂AS-903后,氯化物体系得到的镀层能满足低氢脆和高耐蚀性的性能要求。添加剂AS-903能够改善镀层的氢脆性能,提高电流效率,改变镀层结晶形态,但是随着添加剂含量增加,镀层的脆性增大,因此添加剂的含量应适量。操作温度为3842℃、电流密度为24A/dm2时,含有添加剂AS-903的氯化物体系得到的镀层镍含量质量分数为11%13%,镀层外观细致均匀,与基体结合力强,并且钝化后耐蚀性能良好,氢脆性能符合航空行业工业（HB5607）标准。用缺口持久拉伸拉伸实验和氢含量测试实验共同证实了镀层及基体的氢脆性能。考察了镀后热处理温度、基体材料、电镀前处理弱腐蚀时间对氢脆的影响。研究表明,300M、35CrMnSiA抗氢脆性能优于65Mn。氢含量测试结果表明,碱性镀锌氢含量最高,氯化钾镀锌次之,电镀锌镍合金氢含量最低。镍含量为13%左右的锌镍合金镀层主要由的γ相的金属间化合物Ni5Zn21组成,热稳定性及耐蚀性较好。镍的存在有利于抑制Zn（OH）2向ZnO转化,同时,镀层的组织结构呈现网状微裂纹,这些都增加了镀层的耐腐蚀性能。镀层氢脆机理倾向于氢与位错交互作用。锌镍合金共沉积机理倾向于氢氧化物抑制机理,即异常共沉积。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 电镀Zn-Ni 合金研究现状
• 1.2 电镀Zn-Ni 合金镀液体系的分类
• 1.3 锌-镍合金镀液的组成及工艺
• 1.3.1 锌镍合金镀液的组成
• 1.3.2 影响镀层性能的工艺条件
• 1.3.3 阳极体系
• 1.4 添加剂类型及其作用机理
• 1.4.1 添加剂的类型
• 1.4.2 添加剂作用机理
• 1.5 高强钢低氢脆电镀研究现状
• 1.5.1 氢的扩散与氢脆机理
• 1.5.2 低氢脆电镀的现状
• 1.5.3 电镀Zn-Ni 合金的低氢脆性
• 1.6 Zn-Ni 合金电沉积机理
• 1.6.1 膜吸附机理
• 1.6.2 多核配合物机理
• 1.6.3 电化学动力学机理
• 1.6.4 离子软硬度的影响
• 1.7 Zn-Ni 合金的耐蚀性
• 1.7.1 Zn-Ni 合金的耐蚀性机理
• 1.7.2 Zn-Ni 合金镀层的钝化处理
• 1.8 课题的主要研究内容、目的及意义
• 1.8.1 课题研究的目的及意义
• 1.8.2 课题研究的主要内容
• 第2章 实验及测试方法
• 2.1 实验材料及装置
• 2.1.1 实验材料及药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 工艺流程
• 2.2 镀液性能测试方法
• 2.2.1 赫尔槽实验
• 2.2.2 小槽电镀实验
• 2.2.3 阴极电流效率的测定
• 2.2.4 覆盖能力的测定
• 2.2.5 镀液稳定性实验
• 2.2.6 镀液分散能力的测定
• 2.3 镀层性能测试
• 2.3.1 镀层的表观状态
• 2.3.2 中性盐雾试验
• 2.3.3 缺口持久拉伸实验
• 2.3.4 氢含量的测定
• 2.3.5 XRD 测试
• 2.3.6 SEM 分析
• 2.3.7 镀层硬度及磁性测试
• 2.3.8 镀层结合力测试
• 2.3.9 电化学测试
• 第3章 Zn-Ni 合金电沉积体系的选择及工艺优化
• 3.1 Zn-Ni 合金电沉积体系的选择
• 3.1.1 氯化铵体系
• 3.1.2 氯化钾体系
• 3.1.3 氯化钾-乙酸铵体系
• 3.2 锌镍合金镀液的选择
• 3.3 赫尔槽试验结果
• 3.3.1 pH 值的影响
• 3.3.2 温度的影响
• 3.4 电沉积条件对镀层镍含量的影响
• 3.4.1 电流密度的影响
• 3.4.2 温度的影响
• 3.4.3 pH 值的影响
• 2+/Ni²⁺对镀层镍含量的影响'>3.4.4 Zn²⁺/Ni²⁺对镀层镍含量的影响
• 3.4.5 添加剂对镀层镍含量的影响
• 3.5 电流密度对电流效率及镀层形貌的影响
• 3.6 镍含量对相组成的影响
• 3.7 沉积机理的探讨
• 3.7.1 锌镍合金的异常共沉积
• 3.7.2 电镀锌镍合金的循环伏安曲线
• 3.8 本章小结
• 第4章 电镀锌镍合金添加剂的研究
• 4.1 添加剂的筛选及优化
• 4.1.1 主光亮剂的溶解性
• 4.1.2 添加剂的配制
• 4.1.3 添加剂的优选
• 4.2 添加剂的性能测试
• 4.2.1 添加剂浓度对电流效率的影响
• 4.2.2 添加剂浓度对镀层形貌的影响
• 4.2.3 添加剂浓度对赫尔槽光亮区的影响
• 4.2.4 添加剂对阴极极化曲线的影响
• 4.2.5 添加剂对覆盖能力的影响
• 4.2.6 添加剂对分散能力的影响
• 4.2.7 镀层其他性能测试
• 4.3 本章小结
• 第5章 镀层氢脆性及钝化工艺研究
• 5.1 氢脆性能研究
• 5.1.1 氢脆拉伸实验
• 5.1.2 热处理温度对氢脆的影响
• 5.1.3 金属基体材料对氢脆性能的影响
• 5.1.4 氢含量测试结果
• 5.1.5 氢脆机理的探讨
• 5.2 镀层钝化性能的研究
• 5.2.1 镍含量对镀层钝化性能的影响
• 5.2.2 钝化时间、温度对钝化效果的影响
• 5.2.3 热处理方式对镀层相结构的影响
• 5.2.4 去氧化膜方式对钝化效果的影响
• 5.2.5 中性盐雾实验
• 5.2.6 Tafel 曲线研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢