鎂合金化學鍍鎳技術的現狀及前景

劉忠強，趙 卓，武笑穎，王蘋蘋，康兆廣

（山東省產品質量檢驗研究院，山東 濟南 250102）

在21世紀，保護環境以實現可持續發展已成為世界各國共同關注的問題。作為一種非常重要的輕金屬材料，新型環保材料鎂鎂合金在材料學科本身和社會發展方面具有非凡的開發和利用水平。金屬鎂有顯著的優點：密度小，比強度高，加工容易，但也存在鑄造性差，耐腐蝕性差，耐磨性差，易燃性等缺點。同時，鎂又是地球上儲量第八的富集元素。在含有大量金屬的海洋中，含量約為0.13%;在地殼中的含量更大，約為1.93%[1]。

然而，純鎂的機械性能和結構性能很低，根據現實需要，有必要利用鎂低密度的優點，并滿足工業耐磨性，耐腐蝕性和阻燃性的要求。因此，出現了具有不同性能特征的各種鎂合金。鎂合金是目前最輕的金屬結構材料之一，具有許多優異的性能：比強度高，比剛度高，密度約為鋁的2/3，鐵的1/4;鎂合金還具有良好的導熱性，導電性，尺寸穩定性，電磁屏蔽性，減震性，可加工性和再循環性。因此，鎂合金材料的發展已成為各國材料研究者的重要研究課題，并被譽為21世紀電子產品外殼和輕型車輛的理想替代品。

然而，鎂是一種極其活潑的金屬，其標準電極電位為-2.37V，耐腐蝕性極差，限制了鎂合金的使用。因此，當鎂合金用作結構材料時，必須對其進行適當的表面處理以提高其耐腐蝕性，這對于發揮鎂和鎂合金的性能優勢具有重要的實際意義。

鎂合金通常通過電鍍，化學鍍或熱噴涂獲得金屬涂層，使得賤金屬獲得涂層金屬的一些優異性能。由于鎂合金非常活潑，表面將迅速形成氧化膜,因此，非常難以對鎂合金的表面進行電鍍，在鎂合金的直接化學鍍鎳之后，根據需要電鍍耐腐蝕金屬，但化學鍍鎳溶液的穩定性不太好。大規模生產應用需要進一步研究，并且廢舊鎂和鎳的再利用會污染鎂合金。

1 鎂合金化學鍍鎳的研究現狀

陽極氧化，微弧氧化，電鍍，化學鍍和有機材料涂層等工藝可以優化鎂合金的抗腐蝕性。在許多表面處理中，化學鍍鎳具有高硬度，高耐磨性，高耐腐蝕性和表面亮度的優點。

1.1 制取中間層法

1.1.1 浸鋅法

鎂和鎳之間的潛在差異很大。浸鋅工藝首先發明了陶氏的陶氏工藝。Mahallawy等[2]對不同鎂合金浸鋅后的化學鍍鎳，涂層具有很強的粘接強度和良好的耐腐蝕性。錢建剛[3]研究了鋅浸漬溶液的主要成分和工藝參數對所得鋅浸漬層性能的影響。無需用氫氟酸預處理即可獲得最佳的鋅浸液，以獲得具有良好粘結力的鋅浸漬層。為了提高鎂合金的耐腐蝕性，Gao Y R[4]在堿式碳酸鎳溶液中采用鍍鋅工藝和化學鍍鎳。在新的鋅浸漬溶液中，鎂合金顯示出具有均勻鍍鎳的緊密鋅浸漬層。具有良好粘附性的涂層可有效保護基材。

1.1.2 化學轉化

化學轉化處理是指合金與特定溶液接觸以引起化學反應，形成難溶性化合物膜層，在金屬表面上具有良好的粘附性。任新等[5]采用錫酸鹽轉化工藝，在轉化膜上得到的鍍鎳層具有較高的顯微硬度和對鎂合金基體的良好耐腐蝕性。Zhang W X等[6]研究了AZ91D鎂合金的磷化，然后在硫酸鹽鍍液中進行了鎳磷合金鍍層。該方法降低了涂層的孔隙率，涂層更致密和均勻，并且提高了耐腐蝕性，并且預處理是環境友好的過程。Lian J S[7]開發了化學鍍Ni-P工藝，以提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性。首先將鎂合金在含有鉬酸鹽的磷酸鋅溶液中磷化，然后進行無電鍍。分散的金屬鋅顆粒充當鎳磷沉積的催化核心。在磷酸鹽膜上獲得的鎳-磷層具有致密的微觀結構并且具有良好的耐腐蝕性。

1.1.3 微弧氧化

微弧氧化膜具有提高材料的硬度，耐磨性，耐熱性和耐腐蝕性的優點。李建中[8]提出了一種以微弧氧化為預處理，以硫酸鎳為主鹽的化學鍍工藝。劉志遠[9]對微弧氧化系統進行了優化，在微弧氧化膜上制備了結晶堿性化學鍍鎳涂層，然后進行了酸性化學鍍鎳。微弧氧化-化學鍍鎳復合涂層具有良好的耐腐蝕性，致密性和耐腐蝕性。

1.2 直接化學鍍鎳法

作為一種新的處理方法，直接化學鍍鎳合金可以獲得均勻，良好粘合的涂層，工藝簡單，近年來受到越來越多的關注。化學鍍鎳層通常是二元Ni-P合金涂層。

1.2.1 二元合金鍍層

用于鎂合金化學鍍鎳的最常用的主要鹽是堿式碳酸鎳，硫酸鎳和乙酸鎳。傳統方法（Dow，USA）中使用的主要鹽是堿式碳酸鎳。Ni-P合金直接無電鍍在ZM21鎂合金上，以堿式碳酸鎳為主鹽。涂層均勻，致密，與基材粘合良好，并具有良好的耐腐蝕性。

1.2.2 多元合金鍍層

在鎳-磷和鎳-硼合金的基礎上引入了新的元素組成，并獲得了基于鎳-磷和鎳-硼的多合金化學鍍。它可以與鎳-磷和鎳-硼共沉積大量的金屬，如V,Mn,Cu,Cr,Sn,Zn和Pd。少量共沉積的有Fe,Co,W,Mo等金屬。

在堿性檸檬酸鹽浴中加入鎢酸鹽，得到的Ni-W-P鍍層耐蝕性較好，當鎢的質量分數為4.5%時，涂層具有最高的密度,故添加元素鎢可提高鎂合金的耐腐蝕性。施海芳等[10]通過在鎂合金化學鍍鎳液中加入CeO2顆粒，得到了Ni-Ce-P化學復合涂層，提高了耐磨性。

2 前景展望

隨著工業的發展，鎂合金的優越性使得對鎂合金的需求越來越多地應用。然而，鎂合金的耐腐蝕性較差，通過化學鍍鎳可以提高耐腐蝕性。但是，目前鎂合金的化學鍍鎳工藝環境性能差，工藝復雜，迫切需要改進。尋找一種更加優異的鎳源是今后的努力方向,電鍍液的高腐蝕性，穩定性差會使電鍍性能受到很大的影響，改善和更換新的電鍍液添加劑可以盡量穩定電鍍性能。

因此，在確保優異的電鍍性能的前提下，開發一種工藝簡單，環保，弱腐蝕性和穩定的化學鍍鎳工藝已成為目前迫切需要解決的問題。