摘　要:采纳高频脉冲电流制备镍钴合金。经过正交实验,重点调查了脉冲频次、占空比、均匀电

流密度、镀液pH值、温度及CoSO4·7H2O的浓度对镀层正在NaOH溶液中的极化行为及侵蚀速度的影响,选出好电镀工艺为:脉冲频次140 kHz,占空比0.25,均匀电流密度3 A/dm2,镀液pH值3,温度45℃,硫酸钴浓度10 g/L。高频脉冲镀层中Co含量添加,晶粒的细化强度加强。

中图分类号:TG174.44　　　文献标识码:A　　　文章编号:1005-748X(2010)05-0338-04

0　引言

脉冲电镀的突出优点是经过扭转脉冲参数来改善镀层的物理化学功能,从而取得优良性能的镀层以及达到节约贵金属的目的。向国朴、周恩彪[1]从硫酸盐光洁镀镍体系中钻研了脉冲电镀Ni-Co合金。他们采纳单要素法,以镀层中Co含量及镀层硬度为评定规范,优选出的脉冲参数为:ton=1 ms,toff=1.5 ms;jp=10 A/dm2,而且与均匀电流密度相反的直流电镀Ni-Co合金作了比拟,后果发现脉冲电镀Ni-Co合金镀层的孔隙率低于直流电镀,并且硬度与耐磨性高于直流电镀。今朝脉冲参数对镀层功能的影响曾经根本上被人们所意识[2-5],但很少有触及到高频的报导[6,7]。采纳高频脉冲电源,使患上金属正在结晶进程中晶粒形核起初不迭长年夜,无利于取得粒径粗大、构造致密的堆积层。

本工作正在脉冲电镀的堆积机理以及金属结晶实践的根底上[8],行使高频脉冲电源制备了镍钴堆积层对脉冲参数对堆积层耐蚀性的影响做了较为具体的钻研,并就频次对镀层中钴含量及外表描摹的影响进行剖析。

1　实验局部

1.1　镀层制备

电镀液采纳瓦特型镀液:180 g/L NiSO4·7H2O,15 g/L CoSO4·7H2O, 10 g/L NiCl2·6H2O,1 g/L KBr,5 g/L MgSO4,30 g/L H3BO3。

一切试剂均为剖析纯,镀液用去离子水配制。镀槽容积为500 ml。阴极资料选用厚度为1.00 妹妹的紫铜片,阳极资料为纯镍板。电镀肯定工夫,将电镀层剥离。采纳水浴加热管制电解液温度,电镀进程中施加搅拌。

电堆积Ni-Co合金镀层由高频脉冲电源进行恒电流电镀制患上,脉冲频次范畴:20~140 kHz。电堆积时的脉冲电流密度Ip为1~6 A/dm2,占空比θ为10%~70%,电解液温度为45~65℃,pH值为3.0~5.0,堆积工夫为1~2 h。选用L25(56)正交实验表布置实验,正交实验的要素以及程度见表1

以镀层正在10% NaOH溶液中的自侵蚀电位、浸泡失重作为耐蚀功能的检测目标,对正交实验后果进行剖析。

占空比为0.25时自侵蚀电位高,自侵蚀电流小。占空比越年夜,即脉宽ton越长,脉间toff越短,电解液本体中金属离子浓度与堆积层(阴极)外表浓差极化添加,招致金属离子向阴极外表挪动没有充沛,即阴极外表离子分散层增厚。而占空比越小,则浓差极化越小,分散层减薄,使患上电堆积反响正在较高的电位下进行,招致晶核粗大,成核速度增年夜,晶核数量增多。

镀层自侵蚀电位根本上跟着电流密度增年夜而减小,均匀电流密度为3 A/dm2时自侵蚀电位年夜,自侵蚀电流较小。

与直流电镀相比,脉冲电流能够正在接通霎时,给电极以较直流高患上多的电流密度,进步电极的电化学极化,使患上成核速度弘远于晶粒成长速度,因此晶粒变细,孕育发生光洁粗疏的镀层;断开后,可以使电极迅速回复至原状,消弭浓差极化,且使吸附正在阴极上的杂质、氢气泡等脱附,从而使患上镀层结晶更粗疏,孔隙更少。

镀层自侵蚀电位根本上跟着镀液pH值增年夜而减小,pH值为3时自侵蚀电位年夜,自侵蚀电流较小。

各类镍钴合金溶液的硫酸盐低氯化物型电解液pH值的总范畴正在3~6之间。正在容许范畴内,维持较低的pH值,能够取得宽的电流密度范畴;能够相应地添加主盐含量以及进步温度,从而采纳较高的电流密度;对阳极溶解无利;而且镀层针孔少。pH值为3时为好抉择。

温度为55℃时自侵蚀电位年夜,自侵蚀电流小。温度对镍钴合金的组成也有影响,这类影响是复杂的,当浓度以及极化前提没有同时,温度对合金成份的影响往往没有相反。

综上可选出好电镀工艺:脉冲频次140 kHz,占空比0.25,均匀电流密度3 A/dm,镀液pH值3,温度55℃,硫酸钴浓度10 g/L。

2.2　失重速度

图3可见,硫酸钴浓度为10 g/L时失重速度小。正在占空比为0.25时失重速度小,而占空比增年夜侵蚀速度先增年夜后减小。镀层侵蚀失重速度根本上跟着电流密度增年夜而添加。pH值为3以及温度为55℃时,失重速度小。

2.3　频次对镀层钴含量的影响

频次对脉冲电镀镍钴合金镀层中钴含量的影响如图4所示。正在pH为4,温度为55℃,占空比为0.4,均匀电流密度为1 A/dm2的前提下,跟着频次的增年夜,脉冲导通工夫(ton)缩短,即正在肯定的工夫内脉冲分散层中金属离子浓度规复的频次进步,故频次越高,镍钴合金镀层中钴的含量越高。直流镀层的Co含量比一切脉冲镀层的Co含量都高患上多。正在S. K. Ghosh[7]的实验中,跟着ton减小以及toff的增年夜,镍铜合金中的铜含量明显进步,这与本实验的后果分歧。

2.4　Co含量对镀层外表描摹的影响

由镀层外表描摹(图5)可见,纯Ni层堆积没有平均,外表毛糙,晶粒模胡且粒径差别较年夜。跟着Co的退出,镀层外表呈现胞状构造,晶粒细化,胞状构造的间隙较小,外表较平均平坦,构造严密,晶粒的细化强度加强。

3　论断

(1)高频脉冲镍钴镀层正在NaOH溶液中的极化行为受脉冲电镀工艺各参数的影响,从落选出好电镀工艺为:脉冲频次140 kHz,占空比0.25,均匀电流密度3 A/dm2,镀液pH值3,温度55℃,硫酸钴浓度10 g/L。

(2)高频脉冲镍钴镀层正在NaOH溶液中的侵蚀失重速度小时电镀工艺各参数为:脉冲频次140 kHz,占空比0.25,均匀电流密度3 A/dm2,镀液pH值3,温度55℃,硫酸钴浓度10 g/L。

(3)高频脉冲下,频次增年夜,镀层中Co含量随之添加;且随频次的增年夜,晶粒趋于细化。

1.2　测试办法

(1)极化曲线　恒电位极化曲线丈量正在M273恒电位仪(EG&G公司)上进行。实验后果应用M352软件进行剖析。电解池为EG&G公司的规范三电极体系,试样作工作电极,密封于电极架内,面积为0.6 cm2;辅佐电极为Pt电极;参比电极为饱以及甘汞电极。实验正在室温下进行。10% NaOH溶液用二次蒸馏水设置装备摆设,NaOH为剖析纯。

(2)浸泡失重实验　室温下正在10% NaOH(品质分数)介质中浸泡没有同工夫后掏出,冲刷洁净并干燥后用万分之一剖析天平称量,较量争论试片的失重。

(3)镀层外表剖析　采纳JSM6700F型场发射扫描电子显微镜察看没有同钴含量镀层的外表描摹。

2·后果与探讨

2.1·极化曲线

图一、图2显示了各要素对镀层自侵蚀电位以及自侵蚀电流的影响。能够看出,硫酸钴浓度为10g/L时,自侵蚀电位高,自侵蚀电流小。这是由于纯镍层晶粒细小,堆积没有平均,外表毛糙,晶粒粒径差别较年夜。增加硫酸钴后,镀层晶粒细化,外表较平均平坦,构造严密。