镁合金直接化学镀镍界面反应机理与镀液变化规律的研究

本项目以硫酸镍主盐化学镀镍溶液体系为研究对象，采用化学分析和电化学方法研究镀液的pH值、温度、镍源与还原剂浓度变化对镁合金直接化学镀镍的镀速和镀层质量的影响，确定该体系的反应活化能、起镀温度与正常施镀温度范围，建立镀镍反应速率方程。利用SEM、EDX、XRD和电化学分析方法来研究氟化膜、磷化膜和金属锌膜三种不同的活化基底表面与镀液之间的界面反应和化学镀镍初始沉积的反应机理。分析镀液在施镀过程中各组分的变化规律，寻找维护镀液稳定的基本方法。项目的创新之处在于：能够揭示不同活化膜的镁合金基底与镀镍溶液之间的界面反应反应机理，确立镀液反应的动力学速率方程与最适宜的施镀工艺，揭示镀液施镀过程中的变化规律，为生产过程中应用的镁合金化学镀镍溶液提出有效的维护方法，为开发长寿命镁合金化学镀镍溶液提供必要的理论依据，丰富化学镀镍的基础理论。项目研究的成果能够直接应用于镁合金化学镀镍的生产实践中去。

轻质镁合金材料在工业上已得到广泛的应用，镁合金是一种极易被腐蚀的难镀基材。化学镀镍是一种有效的金属防护涂层，能在工业应用的镁合金化学镀镍工艺要求其成本低廉、使用寿命长的环保镀液，镀件防护性能优越。本项目研究了由硫酸镍、次磷酸钠、柠檬酸，硫脲、碳酸钠所构成的镀液系统，实现了无氟镀液的镁合金化学镀镍工艺。其研究体现了如下方面的成果：.（1）通过研究镀液反应动力学机理，建立了镀镍反应速率方程。分析了施镀过程中镀液的pH值、温度、镍源与还原剂浓度变化对镁合金直接化学镀镍的镀速和镀层质量的影响。研究表明，化学镀表观活化能为38.03 kJ ∙mol1，镁合金化学镀镍过程受阴、阳极反应共同控制。.（2）通过对不同处理表面基底的初始沉积与镀液腐蚀机理研究，弄清了镀液对活化后的基底表面的腐蚀行为。钼酸钠和磷钼酸铵对镁合金在磷酸介质中的溶解有一定的抑制作用，是阴极型钝化膜缓蚀剂。碱性K4P2O7溶液一次活化可除去镁合金表面残留酸及表面挂灰，增强基底与镀层的结合力。酸性NH4HF2二次活化保证了合适比例的氟氧比例和产生合适的MgF2膜，以确保基底不被镀液过度腐蚀。.（3）通过研究镀液反应体系成分变化规律，确定了稳定pH值的缓冲系统，弄清了维护镀液系统稳定的基本方法。硫酸铵的加入可以促进沉积反应的进行。过高浓度的硫酸铵可能会导致镀层应力增加，降低镀层与基底间的结合力。当Ni2+和H2PO2摩尔比在0.28-0.36范围内，镀液稳定性良好，镀速高，镀层磷含量高，结合力强，耐蚀性好。镀液酸度变化用醋酸铵作pH调整剂来维护镀液酸度稳定。.（4）发明了一种镁合金无氟化学镀镍溶液及其镀镍工艺，镀液不含氟，组成安全，不污染环境，镀镍设计双层镍磷镀层，内层碱性镀镍来保证随后酸性化学镀镍的活性，保护镁基底无腐蚀，外层通过酸性镀镍获得非晶态镍磷合金，复合双镀层致密性高，耐蚀性较好，结合力良好。 .该项目的研究为确定一个应用于生产中的镁合金化学镀液系统，并为镁合金的化学镀镍生产提供必要的理论指导。项目研究的成果也为丰富化学镀的理论奠定一定的基础。本项目的研究目标已经达到，并且基本解决了项目所提出的关键技术问题。.通过该项目的研究公开发表了9篇SCI论文和1篇EI论文，参加两次国内金属腐蚀与防护方面的全国会议，一次国际镁合金专题会议。申请了一项中国发明专利。培养了5个博士和4个硕士研究生。