【正文】 的差距。重慶理工大學畢業(yè)論文 Abstrac學沉積鋁合金的工藝即研究畢業(yè)論文35重慶理工大學畢業(yè)論文 前言1 前言1．1 鋁合金概述鋁質(zhì)材料是一類用量僅次于鋼鐵的重要的金屬材料，在現(xiàn)代工業(yè)中獲得了越來越廣泛的應用，尤其是隨著航空航天和電子等高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為了適應高強度、耐腐蝕和輕量化等要求，鋁質(zhì)材料更是倍受青睞[9]。鋁合金(包括鋁基復合材料)由于具有密度小、熱膨脹系數(shù)低、比剛度和比強度高等諸多優(yōu)異性能，在光學精密儀器、慣性器件、發(fā)動機活塞、直升機起落架、導彈殼體、導彈鑲嵌結構、汽車車身、機車車廂和航空航天器結構等方面取得了成功應用。發(fā)展鋁合金制造產(chǎn)業(yè)，開發(fā)新型高性能鋁合金材料，新型耐熱、耐磨、高比強、高比模、高韌性鋁合金，以及纖維增強和顆粒增強鋁基復合材料等，都是我國國防工業(yè)和交通運輸業(yè)急需的新材料發(fā)展的重點方向之一。為了改善其表面耐磨、耐腐蝕、焊接等性能，在鋁合金表面化學鍍鎳是提高鋁合金綜合性能的一種有效方法，不但可以有效提高鋁合金表面的硬度、耐磨和耐蝕性，還可以改善鋁合金表面的某些工藝性能，如釬焊性、可拋光性等[10]。為了能使電鍍或化學鍍順利進行，須對鋁合金表面預先處理，處理的方法有多孔陽極氧化法，錫酸鹽鍍錫法，酸性氟化物浸鍍鋅法和堿性鋅酸鹽浸鍍鋅法（鋅酸鹽法）等[11]。車架部件開始采用鋁合金材料制造已經(jīng)是很早以前的事了，不久前，車門和汽車后貨艙蓋也開始利用輕合金材料制造了。據(jù)KGP的調(diào)查，僅歐洲的汽車生產(chǎn)廠家一年就消耗了150萬噸以上的鋁合金材料，其中大約24．8萬噸用于車身制造，大約80萬噸用于制造汽車傳動系，另有42．8萬噸用于制造汽車行駛機構和懸掛機構。據(jù)KGP公司的預計：到2006年時，用于制造汽車車身的鋁合金材料的用量將會超過46．6萬噸，整個汽車工業(yè)用于車身制造的鋁合金總需求量預計會達到205萬噸。新型E級轎車的鋁合金零部件用量較大，其鋁合金部件大約每年300000件，新型Opel Vectra轎車鋁合金部件大約為420000件(從2004年起，將在Sigum和Komn 兩種車型中也引入鋁合金零部件)[13]。大致占該地區(qū)鋁材料總需求的四分之一?，F(xiàn)今，該地區(qū)每輛汽車的鋁材料使用量平均為l00kg，至2015年，將大幅度增加到200kg，即增長l倍，每年平均增長6％左右。然而，作為摩擦學材料，鋁質(zhì)材料的嚴重弱點是質(zhì)軟、摩擦系數(shù)高、磨損大、客易拉傷且難以潤滑等。磨損逐漸積累到臨界狀態(tài)時，制品將產(chǎn)生損壞，并同時伴隨著制品技術功能的喪失，因此而造成國民經(jīng)濟巨大的損失。因此，降低磨損率必將提高遭受摩擦學負荷的鋁質(zhì)工業(yè)制品的可靠性。由于磨損導致的制品損壞過程發(fā)生在摩擦副作用(作為摩擦學系統(tǒng)的元素)的表面區(qū)域，因而提高這一局部區(qū)域的耐磨性對減少摩擦學系統(tǒng)的磨損是特別有效的。由于磨損是系統(tǒng)特性而非材料本身的性質(zhì)，因而在任何情況下，每一具體的表面保護措施都須取決于對所涉及的摩擦學系統(tǒng)的分析。以改善鋁質(zhì)材料的摩擦學性能為目的，人們已經(jīng)陸續(xù)報道了許多有關鋁質(zhì)材料摩擦學表面改性的方法。這些方法實際上是將各種固體潤滑劑固定在摩擦界面上，克服了液體潤滑劑的缺點。金屬材料表面膜的現(xiàn)代制備技術很多，適用于在鋁質(zhì)材料表面成膜并能有效地改善其摩擦學性能的主要方法有復合電鍍法、化學鍍法、粘結涂層法、CVD和PVD法、火焰噴涂法、激光表面涂敷法和復合離子注入法等。80年代中期以來在國外發(fā)展很快，美國化學鍍鎳占鋁合金鍍覆的25％，現(xiàn)在已在軍事、電子、航天、計算機等領城廣泛采用。電子設備微波元件及天線組件若采用鋁合金化學鍍鎳新工藝，既能滿足重量輕要求，又具有良好的電磁屏蔽和焊接性能，并能顯著提高其表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性和附著力，能有效克服鋁上鍍銀存在的附著力差和三防性能不可靠的缺點，提高電磁屏蔽性能可靠性[16]。為更好地發(fā)揮鋁合金的優(yōu)良特性，從鋁合金的冶煉、熱處理工藝到鋁合金的表面強化工藝存在大量的研究工作要做，以極大地拓展鋁合金的工業(yè)應用范圍。又因為鍍覆過程只能在對還原反應有催化作用的基底表面上自發(fā)進行，而且反應一旦開始，反應生成的鎳自身對還原反應有催化作用，從而可使還原反應持續(xù)進行，因此又被稱為“自催化沉積”(Autocatalytic Plating)?；瘜W鍍一般使用次磷酸鈉(NaH2P02)、硼氫化鈉(NaBH4)、二甲基胺硼烷((CH3)2NHBH3)、肼(N2H4)、甲醛(HCHO)等作為還原劑，當其在催化活性表面上被氧化時，會產(chǎn)生游離電子，這些游離電子可在催化表面還原溶液中的金屬離子，只要沉積出金屬層對于還原劑具有催化活性就可以不斷地沉積出金屬?；瘜W鍍鎳，又稱為無電解鍍鎳或自催化鍍鎳，是在鎳鹽和還原劑共同存在的溶液中靠自催化的化學反應在呈催化活性的機件表面沉積金屬鎳的成膜技術。直到把零件取出鍍槽為止?，F(xiàn)在，化學鍍鎳技術已在工業(yè)上各領域得到了廣泛應用。還開發(fā)出了鎳與一些惰性顆粒共沉積的具有很多特殊功能的鍍層。化學鍍NiP合金現(xiàn)已廣泛的應用于鋼、銅、鋁、塑料、陶瓷等許多導體或非金屬材料的裝飾和防護等各個方面。試驗表明，在干燥和潤滑的情況下，具有相當于硬鉻的耐磨性。具有優(yōu)良的抗蝕性，由酸性鍍液化學鍍沉積NiP合金層的抗蝕性比堿性鍍液的優(yōu)越，它在鹽、堿、氨和海水中有很好的抗蝕性?；瘜W沉積NiP合金無尖端電流密度過大現(xiàn)象，在尖角或邊緣突出部位沒有過分的增厚，既有很好的“仿型性”，鍍后不需要磨削加工，沉積層的成分和厚度均勻?；瘜W沉積NiP合金的工藝簡單，操作方便，工藝過程溫度低。已被廣泛應用于航空航天、汽車、電子計算機、食品、機械、核工業(yè)、石油化工、塑料、電力輸送、印刷和制造業(yè)，涉及到人們生活和工業(yè)生產(chǎn)的方方面面。1．2．1化學鍍鎳的發(fā)展概況 化學鍍的研究起源于四十年代中期，早在1844年Ｗurtz在實驗中首先發(fā)現(xiàn)了鎳的還原反應[19]。他們是在電鍍鎳合金的研究中，加入次亞磷酸鹽添加劑以后，發(fā)現(xiàn)電流效率達到112％的異?，F(xiàn)象。他們對鍍速、鍍層均一性、鍍液穩(wěn)定性，以及鍍液壽命等作了系統(tǒng)的研究，為以后化學鍍鎳的發(fā)展和工業(yè)化應用，打下了堅實的基礎。他們對電鍍速度、鍍層的均一性、溶液的穩(wěn)定性和壽命以及鍍液價格作了改進。從此以后許多研究者進行了充分的研究，使化學鍍鎳迅速發(fā)展，在工業(yè)中得到應用近幾十年得到了廣泛的應用[23]。施鍍過程無需外加電流，因此與電鍍相比有許多優(yōu)點[24]。對于大型復雜零件，化學鍍鎳的可行性在眾多表面強化技術中具有極大的優(yōu)勢。由于化學鍍層厚度均勻、又易于控制，表面光潔平整，一般均不需要鍍后加工，適宜做加工件超差的修復及選擇性施鍍。 (3)工藝設備簡單，不需要電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極，操作時只需把工件正確懸掛在鍍液中即可。 (5)由于化學鍍鎳過程是自催化的化學反應過程，鍍層的厚度與時間成一定的關系，鍍層厚度理論上可以無限增加。1．2．3化學鍍鎳的研究現(xiàn)狀 化學鍍鎳工藝研究的一個重要內(nèi)容是改善鍍液性能和鍍層性能。為了降低鍍液中的固體顆粒(如亞磷酸鎳)的表面活性，避免鍍液中鎳離子在微粒上進行還原反應而導致鍍液分解，在鍍液中一般要加入穩(wěn)定劑。鍍鎳層的優(yōu)異性能主要表現(xiàn)在其物理性質(zhì)，力學性質(zhì)和磁學性質(zhì)等方面，而其最突出的優(yōu)點是高耐蝕性，高耐磨性及電磁性能。鍍層的物理、化學性質(zhì)則主要取決于鍍層的組成和結構，而結構又受沉積條件所控制。工藝參數(shù)主要指施鍍的時聞、施鍍溫度、鍍液的pH值、攪拌速度以及裝載比等[2526]。化學鍍鎳在電子工業(yè)、輕金屬(鋁、鎂)防護方面將有重要增長，在石油，采礦化工工業(yè)保持穩(wěn)定，而在汽車行業(yè)上發(fā)展?jié)摿艽?。特別是在自動控制方面，差距更大。目前，化學鍍鎳在難鍍基材方面的工藝尚有待改進，輕金屬的無孔薄鍍層仍面臨挑戰(zhàn)，較薄的鍍層意味著成本降低、生產(chǎn)率提高、化學試劑消耗減少，最后將贏得化學鍍鎳的更大市場。隨著電子、計算機、通信等高科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，為化學鍍鎳技術提供了巨大的市場，預期化學鍍鎳技術將會持續(xù)高速發(fā)展。另外，實際情況的不斷發(fā)展變化，要求化學鍍鎳技術也不斷推陳出新，以滿足更復雜和更苛刻的使用條件。1．2．4化學鍍鎳的應用領域化學鍍鎳由于鍍層的結晶細致、孔隙率低、硬度高、鍍層均勻以及化學穩(wěn)定性好，已廣泛用于電子、航空、航天、機械、精密儀器、日用五金、電器和化學工業(yè)中[27]。（1）在電子工業(yè)中的應用伴隨著電子線路高密度化的發(fā)展趨勢，半導體封裝的小型化和半導體芯片密度封裝技術的重要性日趨突出。倒裝芯片技術的核心在于UBM(凸點下金屬化)的制作。它可以通過濺射和化學鍍來形成。印制電路板是用于電子元件連接為主的互連件。由于近年來對電子線路高密度的需求越來越大，對用化學鍍方法制作的高密度印刷線路板，特別是多層的印刷線路板的需要顯得更為重要?；瘜W鍍鎳．金鍍層可滿足更多種組裝要求，具有可焊接、可接觸導通、可打線、可散熱等功能，同時，其板面平整、SMD焊盤平坦，適合于細密線路、細小焊盤的錫膏熔焊，能較好地用于COB及BGA的制作，又是一種極好的銅面保護層。（2）在表面強化上的應用化學鍍鎳的鍍層晶體結構不僅與鍍液中的磷含量有關，還與絡合科、添加劑有關。經(jīng)過400℃左右的加熱和保溫，即可實現(xiàn)晶化處理，完成從非晶態(tài)到晶態(tài)的結構轉(zhuǎn)變，鍍層中生成Ni3P化合物，從而使鍍層硬度提高，一般鎳磷鍍層的顯微硬度可達500600HV。其用于汽車零部件上的實例有：制動油缸，空調(diào)壓縮機、AT交速器部件等[3637]。如化工合成反應釜、食品加工部件等[3839]。然而，在使用環(huán)境苛刻的情況下，耐蝕性取決于鍍層上針孔的密度，而針孔與鍍液中所使用的絡合劑有關。高磷含量的鎳磷鍍層已經(jīng)應用于半導體生產(chǎn)用的凈室，制造高純度氣體的零部件，燃氣輪機的部件等。為此，經(jīng)采用劃痕試驗、銼削試驗、折斷試驗、壓扁試驗、耐蝕試驗和金相分析等多種方法對鍍層結合強度進行檢測表明，化學鍍鎳的鍍層結合強度良好。（3）在其他方面的應用由于化學鍍鎳層具有良好的焊接性[40]，所以化學鍍鎳層還能改善鋁、銅、不銹鋼材料的焊接性能，減少轉(zhuǎn)動部分的磨損，減少不銹鋼與鈦合金的應力腐蝕。現(xiàn)代電子產(chǎn)品迅速發(fā)展和應用，電磁輻射和干擾不僅是一個嚴重的環(huán)境污染問題，而且嚴重干擾計算機、電子儀器和通信設備正常工作，破壞其可靠性。屏蔽鍍層要有良好的導電、導磁性能。研究表明，在塑料上化學鍍NiP合金層的時候，屏蔽效果達6778dB，經(jīng)56天高溫及濕熱試驗后，鍍層電阻變化很小，保持在0．550．85Ω／cm2之間，在412GHz頻率內(nèi)，屏蔽效果保持在6778dB范圍內(nèi)[41]。1．3化學鍍鎳的原理在鋁合金表面化學鍍鎳，以H2P02作為還原劑的反應式為：Ni2++ H2P02+H20= H2P03+Ni+2H+ （11）它包含有以下幾個基本步驟：(1)反應物(Ni2+，H2P02等)向催化表面擴散；(2)反應物在催化表面上吸附；(3)在催化表面發(fā)生化學反應；(4)產(chǎn)物(H+，H2P03等)從表面層脫附；(5)產(chǎn)物擴散離開表面。機理1：原子氫析出理論[42]。Ni2++2Had→Ni+2H+ (14)原子氫析出理論又進一步對P的沉積和H2的析出做出了解釋，次磷酸根被原子H還原出P，即H2P02+H→H2O+OH +P (15)或發(fā)生自身氧化還原反應沉積出P，即3H2P02→H2P03+ H2O+2OH +2P (16)H2的析出既可以是H2P02水解產(chǎn)生，也可以由初生態(tài)的氫原子合成：H2P02+ H2O→H2P03+ H2