LaCl3 對(duì)Ni-P化學(xué)鍍層性能的影響

張?jiān)葡迹?張憶凡

（遼寧石油化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

LaCl3對(duì)Ni-P化學(xué)鍍層性能的影響

張?jiān)葡迹?張憶凡

（遼寧石油化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

研究了稀土氯化鑭（LaCl3）對(duì)Ni-P化學(xué)鍍層的沉積速率、表面形貌、成分、顯微硬度及耐蝕性的影響。結(jié)果表明：當(dāng)Ni-P鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度為25mg/L時(shí)，Ni-P鍍層的沉積速率提高；且此時(shí)鍍層表面更加致密、平整，鍍層的顯微硬度提高；此外，鍍層中P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所增加，鍍層表面缺陷更少，鍍層的耐蝕性得到改善。

化學(xué)鍍；氯化鑭；顯微硬度；耐蝕性

0 前言

Ni-P化學(xué)鍍層由于具有硬度高、耐磨性和耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域［1－2］。但隨著世界各國(guó)工業(yè)化的不斷深化和發(fā)展，Ni-P鍍層的使用環(huán)境越來越苛刻，對(duì)Ni-P鍍層的表面質(zhì)量、硬度和耐蝕性等性能也提出了更高的要求。本文在Ni-P鍍液的基礎(chǔ)上加入稀土氯化鑭（LaCl3），研究了LaCl3對(duì)Ni-P鍍層的沉積速率、表面形貌、成分、顯微硬度和耐蝕性等方面的影響，希望能改善Ni-P鍍層的質(zhì)量，擴(kuò)展Ni-P鍍層的應(yīng)用范圍。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用35mm×20mm×3mm的20＃鋼試樣進(jìn)行化學(xué)沉積。

1.2 工藝流程

1 500＃砂紙打磨—→乙醇擦拭—→堿洗除油—→水洗—→活化—→冷水洗—→熱水洗—→化學(xué)鍍鎳—→水洗—→吹干—→檢測(cè)

1.3 鍍液組成及工藝條件

硫酸鎳25g/L，次磷酸鈉32g/L，乙酸鈉16 g/L，檸檬酸鈉18g/L，pH值4.5，（88±2）℃，1h。通過上述鍍液配方制備Ni-P鍍層；在該鍍液中加入LaCl3·7H2O，制備 Ni-P-LaCl3鍍層。

實(shí)驗(yàn)中采用pHS-25型酸度計(jì)對(duì)鍍液的pH值進(jìn)行測(cè)定，并采用氨水或硫酸調(diào)節(jié)鍍液的pH值；采用HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋控制鍍液溫度；采用TESCAN掃描電鏡對(duì)鍍層的表面形貌及成分進(jìn)行觀察和測(cè)試。

1.4 鍍層性能測(cè)試

（1）沉積速率

按照以下公式計(jì)算Ni-P鍍層的沉積速率：

式中：v為沉積速率，μm·h－1；Δw為試樣施鍍前后的質(zhì)量差，g；ρ為鍍層的密度，取7.80g·cm－3；S為試樣的表面積，cm2；t為沉積時(shí)間，h。采用TG 328A型電光分析天平稱量試樣施鍍前后的質(zhì)量（精確到0.1mg）。

（2）顯微硬度

采用上海泰明光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的HXD－1000TMC/LCD型顯微硬度計(jì)測(cè)試Ni-P鍍層的顯微硬度，載荷為0.5N，應(yīng)力作用時(shí)間為10s，測(cè)試9個(gè)點(diǎn)并取平均值。

（3）耐蝕性

采用交流阻抗評(píng)價(jià)鍍層的耐蝕性。電化學(xué)測(cè)試采用三電極體系，工作電極為鍍層，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為石墨。腐蝕介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液。交流阻抗在自腐蝕電位下進(jìn)行測(cè)試，擾動(dòng)電位為10mV，頻率范圍為100kHz～10mHz，采用ZSimpWin3.21軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值擬合。

2 結(jié)果與討論

2.1 LaCl3對(duì)Ni-P鍍層沉積速率的影響

隨著Ni-P鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度由0mg/L增加到25mg/L，Ni-P鍍層的沉積速率由17.52μm/h增加到18.61μm/h；但當(dāng)其質(zhì)量濃度超過200mg/L以后，Ni-P鍍層的沉積速率僅為0.45μm/h。因此，從 Ni-P鍍層沉積速率的角度考慮，鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度應(yīng)不超過25mg/L。

2.2 LaCl3對(duì)Ni-P鍍層表面形貌和成分的影響

圖1為鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度為0mg/L和25mg/L時(shí)鍍層的表面形貌。由圖1可知：向鍍液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，鍍層的胞狀物直徑有所減小，胞狀物之間結(jié)合得更加緊湊，鍍層更加平整、致密、光亮。

同時(shí)，EDS測(cè)試結(jié)果表明：向鍍液中加入25 mg/L的LaCl3·7H2O以后，Ni-P鍍層中并沒有檢測(cè)到La元素，說明La并沒有沉積到鍍層中，但鍍層中P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從原來的8.19%增加到9.13%。

圖1 鍍層的表面形貌

2.3 LaCl3對(duì)Ni-P鍍層顯微硬度的影響

圖2為鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度為0mg/L和25mg/L時(shí)鍍層的顯微硬度。由圖2可知：向鍍液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，菱形對(duì)角線的長(zhǎng)度較未添加LaCl3·7H2O的要小一些，表明鍍層的顯微硬度有所提高。測(cè)試數(shù)據(jù)表明：向鍍液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，Ni-P鍍層的顯微硬度由原來的4 620MPa提高到5 260MPa。

圖2 鍍層的顯微硬度圖片

2.4 LaCl3對(duì)Ni-P鍍層耐蝕性的影響

圖3為鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度為0mg/L和25mg/L時(shí)，鍍層在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的電化學(xué)阻抗譜。由圖3可知：向鍍液中加入25mg/L的LaCl3·7H2O以后，所得鍍層的容抗弧直徑更大，表明鍍層的耐蝕性更好。

圖3 鍍層的Nyquist曲線

采用等效電路圖（見圖4）對(duì)圖3的Nyquist曲線進(jìn)行數(shù)值擬合。其中Rs為溶液電阻，Rd為膜電阻，Cd為表面膜電容，Rct為電化學(xué)反應(yīng)時(shí)的電荷轉(zhuǎn)移電阻，Qdl為鍍層/溶液雙電層電容的常相位元件。擬合結(jié)果表明：隨著鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度由0mg/L增加到25mg/L，Ni-P鍍層的電荷轉(zhuǎn)移電阻由595.7Ω·cm2增加到945.6Ω·cm2。這表明腐蝕反應(yīng)發(fā)生時(shí)，電極反應(yīng)阻力明顯增大，鍍層的耐蝕性得以提高。

圖4 Nyquist曲線的等效電路圖

以上測(cè)試結(jié)果表明：向鍍液中加入適量的LaCl3，可提高Ni-P鍍層的耐蝕性。其原因可以歸結(jié)為：（1）Ni-P鍍層由于容易形成鎳的磷酸鹽等鈍化膜［3］而使其表現(xiàn)出良好的耐蝕性，鍍液中加入LaCl3有助于提高鍍層中P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而促進(jìn)鈍化的發(fā)生；（2）LaCl3改善了Ni-P鍍層的表面質(zhì)量，提高了鍍層的致密性，減少了缺陷數(shù)量以及腐蝕離子滲入基體表面通道和腐蝕微電池的數(shù)量。這兩個(gè)因素使Ni-P-LaCl3鍍層表現(xiàn)出更大的電荷轉(zhuǎn)移電阻，從而表現(xiàn)出更好的耐蝕性。

3 結(jié)論

當(dāng)Ni-P鍍液中LaCl3·7H2O的質(zhì)量濃度為25mg/L時(shí)，Ni-P鍍層的沉積速率由17.52μm/h提高到18.61μm/h；且此時(shí)鍍層表面更加致密、平整，缺陷數(shù)量更少，鍍層的顯微硬度由原來的4 620 MPa提高至5 260MPa；此外，LaCl3還有助于提高鍍層中P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，促進(jìn)鈍化的發(fā)生，有利于改善Ni-P鍍層的耐蝕性。

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［1］BABU G V，PALANIAPPA M，JAYALAKSHMI K，etal.Electroless Ni-P coated on graphite as catalyst for the electrooxidation of dextrose in alkali solution［J］.Journal of Solid State Electrochemistry，2007，11（12）：1 705-1 712.

［2］HAMDY A S，SHOEIB M A，HADY H，etal.Electroless deposition of ternary Ni-P alloy coatings containing tungsten or nano-scattered alumina composite on steel［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2008，38（3）：385-394.

［3］ELSENER B，CROBU M，SCORCIAPINO M A，etal.Electroless deposited Ni-P alloys：Corrosion resistance mechanism［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2008，38（7）：1 053-1 060.

Effects of LaCl3on Performance of Electroless Ni-P Coating

ZHANG Yun-xia， ZHANG Yi-fan
（College of Continuing Education，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China）

The effects of LaCl3on the deposition rate，surface morphology，composition，micro-hardness and corrosion of electroless Ni-P coating were investigated.The experimental results show that when the mass concentration of LaCl3·7H2O in the bath is 25mg/L，the deposition rate of Ni-P coating was accelerated，and the surface of the Ni-P coating becomes more compact and even，leading to a higher coating micro-hardness；moreover，the mass fraction of P element is increased to some extent and the flaws of Ni-P coating surface are decreased，as a result the corrosion resistance of the coating is improved.

electroless plating；LaCl3；micro-hardness；corrosion resistance

TQ 153

A

1000-4742（2013）02-0046-03

2012-02-20