【正文】 (17)2Had→H2 (18)上述的化學反應在金屬鎳的沉積過程中是同時發(fā)生的。式（15）式(18)解釋了化學鍍鎳時磷和氫氣的產(chǎn)生，但由于式(15)和式(16)的反應速度遠小于式(14)，所以鍍層中的磷含量不是很高，而且在此過程中伴隨著大量H2產(chǎn)生。反應過程如下：陽極反應: H2P02+ H2O→H2P03+2H+ +2e (19)Ea0= (110)陰極反應： Ni2++2e→Ni Ea0= (111) 2H+ +2e→H2 Ea0=0V (112)H2P02+2H+ +2e→H20+P Ea0= (113)上式可以解釋為在鍍液中次亞磷酸根與水反應產(chǎn)生電子，產(chǎn)生的電子再把Ni2+還原成金屬鎳。機理3：正負氫離子理論此理論是由Hersch提出的，在1964年被Lukes所改進。在酸性溶液中:H2P02+ H2O→H2P03+H+ + H (114)Ni2++2H→Ni+ H2 (115)H2P02+H+ + H→H2O+1/2H2 +P (116)H+ + H→H2 (117)在堿性溶液中:H2P02+30H→H2P03+ H2O + H (118)Ni2++2H→Ni+ H2 (119)H2O + H→H2O +0H (120)總的來說，化學鍍鎳反應機理的研究落后于工藝的研究，直到今天化學鍍鎳的反應機理還有許多假說并存，沒有定論。90年代哈爾濱工業(yè)大學的胡信國等人對化學鍍鎳的機理進行了動力學研究，其試驗結(jié)果表明，在鎳磷化學鍍鎳的體系中，由極化電流的密度計算出來的沉積速率明顯低于由質(zhì)量法測量得到的值；在鎳硼化學鍍鎳的體系中，由極化電流計算出來的沉積速率與質(zhì)量法測量的值基本相等的。但是隨著科學技術的發(fā)展，電化學機理己經(jīng)越來越多地引起人們的重視。1．4鋁合金表面化學鍍鎳研究的目的和意義化學沉積NiP合金鍍層在機械、電子等工業(yè)領域中應用很廣。為了改善和提高合金鍍層的性能，化學鍍引起了廣泛的重視?；瘜W鍍鎳層最主要的用途是制造薄膜電阻。其可焊性能優(yōu)異，適用于二極管焊接，還可用作許多醫(yī)療器械上欽的代用品。其工程應用價值有力地促進了人們對其制備工藝及組織結(jié)構(gòu)的研究。這些功能性質(zhì)包括：良好的耐腐蝕性、良好的耐磨性、良好的可釬焊性、高硬度、良好的耐滑動磨損性等。1．5鋁合金表面化學鍍鎳研究的主要內(nèi)容目前國內(nèi)外對表面化學鍍鎳的報道比較多，但大都集中在討論以鋼鐵為基體的化學鍍，而在對以鋁合金為基體的化學鍍鎳的研究報道并不全面，所以，需要在鋁合金基體上進行化學鍍鎳，并對鍍液的穩(wěn)定性、工藝條件以及鍍層結(jié)構(gòu)、表面形貌、沉積規(guī)律和物理化學、電化學性能進行了深入的研究，論文主要內(nèi)容如下：(1)采用二次浸鋅的預處理方法，在鋁合金表面上化學沉積致密、均勻的金屬鎳層。(2)系統(tǒng)地研究化學鍍液的主要組分及鍍后熱處理溫度對化學鍍鎳層的沉積速率及鍍層性能的影響。(4)通過硬度實驗、摩擦實驗、極化曲線實驗和結(jié)合力實驗，研究分析鋁合金表面化學鍍鎳層的物理、化學性能。2．2試樣的制備（1）選取試樣 試樣選用牌號為LY12CZ的鋁合金，其主要成分為硅 % 、% 、%、%、%、%、%、%、%、其余為鋁。（3）試樣打磨 將每一個試樣分別現(xiàn)在砂輪上打磨，依次將每一個試樣分別用200、400、600、800、1000砂紙上打磨，然后再將每一個試樣放在拋光機上拋光，拋光到表面光潔度大致相當。手持粗糙度儀的量程為177。測量得出每個試樣的粗糙粗糙度分別為Ra：、0、23 、。2．4化學鍍鎳實驗確定鋁合金表面化學鍍鎳的工藝流程為：打磨鋁合金試樣→加熱脫脂→熱水清洗→冷水清洗→堿蝕→冷水清洗→酸蝕→冷水清洗→一次浸鋅→冷水清洗→退鋅→冷水清洗→二次浸鋅→冷水清洗→預鍍鎳→冷水清洗→化學鍍鎳→冷水清洗→干燥→熱處理。 化學鍍鎳實驗設備2．4．1化學除油化學除油不僅要除去零件在機械加工過程中留下的油污，而且要除去氧化膜。化學除油時間為3min，溫度保持在65℃。 化學除油液的配方配方用量磷酸鈉（Na3PO4）30g/L碳酸鈉（Na2CO3）3g/L蒸餾水化學除油應做到如下：（1）經(jīng)處理的零件表面應初步獲得較為理想的光潔度(粗糙度)。（3）除油后表面若殘留灰黑色膜應在出光液中除去。2．4．2熱水清洗 除油后，基體表面會附著許多油分子泡沫，冷水清洗不易將表面的油漬沖洗完全，因此在冷水沖洗之前需要先用40℃～60℃的熱水沖洗，這樣既保證了表面清洗潔凈，同樣也使得基體的冷卻速度不至于太快造成表面的局部形變。在5O～60℃條件下，對零件進行浸蝕，以除去表面殘留的少量油污和氧化皮，時間通常只有30秒。通常根據(jù)合金成分選用不同浸蝕液，經(jīng)過酸蝕處理的工件表面可顯露出金屬結(jié)晶組織，表面處于良好活化狀態(tài)對含鈦的鋁合金及純鋁常用1：1硝酸溶液浸蝕，對含硅的鋁合金可用硝酸與氫氟酸為3：1的混合酸液浸蝕。浸蝕操作均在室溫條件下進行。 酸蝕液的配方配方用量硝酸（HNO3）50%蒸餾水50%2．4．5兩次浸鋅浸鋅是在含鋅的強堿溶液中進行的，其目的就是在除去工件表面上的氧化膜的同時形成一層致密、均勻的鋅置換層，以阻擋鋁表面再度被氧化。因此，這在很大程度上消除了因浸鋅不徹底而引起的化學鍍鎳層烘烤之后鼓泡、脫皮等現(xiàn)象。 浸鋅液的配方配方用量硫酸鋅（ZnSO4）10g/L氫氟酸（HF）75ml/L蒸餾水356ml為保證浸鋅質(zhì)量，操作時應注意以下事項：(1)浸鋅過程切勿使工件相互撞擊，以保護鋅膜免受損傷。(3)浸鋅后工件表面應呈微光澤的青灰色，當工件表面出現(xiàn)大塊斑點，光澤不均勻、發(fā)花、膜附著力差時，應用1：1HNO3退除后重新浸鋅。2．4．6退鋅。2．4．7預鍍鎳經(jīng)兩次浸鋅后可獲得薄而致密的鋅膜，此時還不能直接進行酸性化學鍍鎳，因為酸性化學鍍鎳是在pH值4～5酸性條件下及85～95℃的高溫下進行反應。因此，生產(chǎn)中采用酸性化學鍍鎳之前進行堿性化學預鍍鎳是必要的，常用預鍍鎳作為鍍層的打底液，以提高界面結(jié)合強度?！瑴囟葹?0～50℃，時間控制在5min。堿性化學鍍鎳層較薄?；瘜W鍍鎳是本實驗最重要的步驟，它直接決定了鍍后鎳層的性能好壞。溫度為88～92℃，時間為60～90min。注意在干燥的過程中要控制好風速和溫度，使得表面干燥均勻，避免吹風溫度過高引起表面鍍層的起泡和脫落。 1號試樣 2號試樣 3號試樣 4號試樣 熱處理后的試樣外觀圖 試樣具體處理工藝試樣編號/項目處理工藝1號化學鍍鎳后經(jīng)350℃熱處理（鍍鎳+350℃）2號化學鍍鎳后經(jīng)400℃熱處理（鍍鎳+400℃）3號化學鍍鎳后經(jīng)450℃熱處理（鍍鎳+450℃）4號化學鍍鎳后未經(jīng)熱處理（鍍鎳）5號無任何處理（基體）2．5鍍層硬度測試所謂硬度是指材料對另一更硬物體（鋼球或金剛石壓頭）壓入其表面所表現(xiàn)的抵抗力。本實驗測量的是維氏硬度（HV）。 2．6結(jié)合力實驗化學鍍鎳層與基體材料的結(jié)合力是衡量化學鍍質(zhì)量的重要指標之一。基體種類、基體表面粗糙度、前處理工藝、活化處理等都在很大程度上影響鍍層與基體材料的結(jié)合力。采用動載荷測試方法，發(fā)射方式為聲發(fā)射，臨界載荷視具體情況而定。鍍鎳、鍍鎳+350℃、鍍鎳+400℃和鍍鎳+450℃試樣均為10mm10mm20mm的長方體規(guī)格，然后采用FA2004型電子分析天平(上海精密儀器廠)稱重，試樣在每次稱重前均用丙酮清洗干凈并烘干。2．8極化曲線的實驗化學鍍鎳層的耐化學腐蝕性是指鎳磷鍍層本身的耐化學腐蝕的行為，因此與沉積條件、含磷量、雜質(zhì)和顯微組織以及介質(zhì)有關。 極化曲線實驗本實驗使用的儀器為恒定電位儀(型號273A)，參比電極為飽和KCl電極，輔助電極為鉑、一個電解池、%NaCl溶液。2．9掃描電子顯微鏡實驗本試驗采用日本生產(chǎn)的JSM6460LV型掃描電子顯微鏡觀察試樣鍍后鍍層的表面和截面形貌。 用能譜儀測量鍍層與基體之間元素的含量和分布情況，分析鍍鎳層的熱擴散效果。通過分析可以看出，雖然化學鍍鎳層厚度并不厚，但鍍層與基體的結(jié)合良好。m，表面不平整，鍍層厚度不均勻，顆粒細小。m，鍍層與基體結(jié)合處界線模糊，鍍層粒度細小、均勻。m，厚度比1號的還薄，鍍層表面平整性好，鍍層厚度均勻，鍍層與基體間的界線不清楚。m，鍍層表面不平整，鍍層厚度不均勻，鍍層有起泡、脫落的現(xiàn)象。（2）鍍層成分分析使用掃描電子顯微鏡觀察化學鍍鎳層的斷面形貌，并用其附帶能譜儀（ZNCAXSight）進行點掃描測定鍍層中元素含量。（a）中鍍層較均勻、致密、孔隙度小，顆粒比基體顆粒細小。C元素含量與Ni元素含量相當，還含有微量的P元素，由此可以判斷鍍層是由二元合金組成，而C元素的存在主要是因為化學鍍鎳過程中鍍液碳酸中的C原子還原沉積在基體表面形成的，這并不影響鍍層的質(zhì)量，反而還能以第二項的身份，起到強化作用。、鍍鎳+400℃和鍍鎳+450℃試樣的線掃描圖。從鍍鎳和鍍鎳+400℃的線掃描對比圖可以得知，鍍鎳試樣中Ni和P主要分布在鍍層上，而與基體交界處也只有微量，這說明未經(jīng)過熱處理的鍍層基本上不產(chǎn)生擴散。較高溫度熱處理的鍍鎳+450℃試樣Ni元素已經(jīng)很少，幾乎沒有P元素，而擴散到基體的更是微乎其微，這也說明溫度過高，熱擴散效果反而不好。但是熱處理溫度超過400℃時，如鍍鎳+450℃試樣的鍍層熱擴散效果反而不明顯。 試樣硬度值結(jié)果材料\項目1號2號3號4號5號實驗結(jié)果第一次468554345371110第二次452562325377118第三次443550327365118第四次481558350382115平均值461556(注：1號為鍍鎳+350℃試樣，2號為鍍鎳+400℃試樣，3號為鍍鎳+450℃試樣，4號為鍍鎳試樣，5號為基體試樣）無任何處理的基體試樣（5號）。鍍鎳+350℃（1號）試樣的硬度是在基體上鍍上一層鎳層后通過350℃熱處理后的維氏硬度值。而鍍鎳+350℃試樣的硬度又比鍍鎳試樣的硬度約高近100HV。通過化學鍍鎳后的鍍鎳試樣表面沉積了一層金屬鎳層，硬度也得到很大提高，由于分子間的沉積為表面機械結(jié)合，其結(jié)合力和硬度都還不理想。基于以上兩點鍍鎳+350℃試樣鍍層的硬度值當然會比鍍鎳試樣的高。而溫度超過400℃后硬度值卻有所下降，特別是在450℃時硬度值反而比沒有通過熱處理的鍍鎳試樣還要低。 結(jié)合力實驗分析通過劃痕實驗，可以看出化學鍍鎳層與基體結(jié)合力的大小。鍍鎳+350℃（1號）試樣臨界載荷比鍍鎳試樣高，鍍鎳+450℃（