由于化学镀镍磷合金沉积过程是按照硬球无规则密堆模型进行,因此,镍磷合金镀层不可避免地存在孔隙。并且,由于在化学镀镍磷合金镀层中,除均的镍磷非晶态合金外,还存在着磷元素的偏聚区和Ni2P、Ni3P及Ni5P2等微晶相,这种磷元素的分布不均。使镍磷镀层的孔隙比完全按照硬球无规则随机紧密堆积所应产生的孔隙要多和大,以至当镍磷镀层已经达到相当的厚度时,仍不能忽略其孔隙的存在。尽管有资料表明:镀层厚度达到4.7n,孔隙就基本消失;也有资料认为镀层必须达到才基本无孔。
镍磷合金镀层表面孔隙的尺寸及数量对镍磷合金镀层的耐蚀性起着决定性的作用。在大多数腐蚀性介质中,镍磷合金镀层相对碳钢基体是阴极。如果镀层存在孔隙,尤其是形成直达基体的通孔时,腐蚀性介质就能穿过镀层直接与基体发生化学反应,那么,在大阴极(镍磷合金镀层)小阳极(碳钢)的耦合作用下,碳钢就会加速腐蚀,最终使镀层失去保护作用,直到失效。
所以,对于镍磷合金镀层必须特别注意控制孔隙的形成,特别是那些直达基体的通孔。只有这样,才能使镍磷合金镀层作为一种既经济、又具高耐蚀性的保护措施应用于碳钢基材发挥更加有效的作用。
针对化学镀镍磷合金镀层存在孔隙、并且镀层孔隙率的大小对镍磷合金镀层的耐蚀性有重要影响的特点,研究镀后的封孔工艺,对镀层存在的孔隙进行封闭,以提篼镀层的耐蚀性、保障镀锞工件、设备的防腐蚀功能的可靠性是十分必要的。为此,本文对自行开发的NF-1封孔处理工艺的封孔处理效果进行了分析研究。
2.由表1可见:施镀60min的镀层未经封孔处理,表面仍存在大童孔隙,而经封孔处理后,施镀35min的镀层孔隙已降至很低。因此,封孔处理能有效地封闭镀层的孔隙,降低镀层的孔隙率。
表1封孔处理前、后镍磷镀层的孔率施铍时间未封孔剪点占50剪点占50%红点占40%封孔后红点占20%和分别是不同厚度的镍磷镀层于封孔前和封孔后在10%硝酸溶液中的典型动电位极化曲线。由不同厚度的镍磷镀层封孔前、后在10%硝酸溶液中的极化曲线可见:总的来看,封孔处理使镀层在10%硝酸中的自腐蚀电位升篼,自腐蚀电流下降,表明封孔处理能降低镀层的腐蚀速度。
为了考察封孔处理后镍磷合金镀层的耐蚀性,将施镀90min的试样进行封孔处理,同时为了解封孔后镀层表面形成的盐膜的溶水性,在封孔处理后、干燥前进行水洗,然后对这两种封孔处理的镍磷合金试样在3.5%NaCl溶液中测试其极化曲线,并与未经封孔处理的同样厚度的镍磷镀层在相同条件下的极化曲线进行比较,其结果如所示。相应的电化学参数见表2.与在10%硝酸溶液中的情况一样,镍磷镀层经封孔处理后,在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位由一191.6mV正移至144.8mV,而自腐蚀电流由108.
施镀15min试样封孔前、后在10%硝酸中极化曲线Fig施镀6Qmin试样封孔前、后在10%硝酸中极化曲线Fig.镍磷镀层封孔处理前、后在3.5%NaCl溶液中的极化曲线对比两种封孔工艺得到的镀层的腐蚀电流密度,封孔处理后马上进行水洗的镀层和不水洗镀层的腐蚀速度相差3. 45倍,这说明镀层在封孔处理后马上进行水洗,将使部分盐膜发生溶解,不利于镀层孔隙的封闭,而封孔处理后自然干燥,使封孔效果提篼。
为了进一步了解封孔处理对镍磷合金镀层的影响,对经封孔处理后的镍磷镀层进行了SEM形貌观察。如4所示。
由可见,封孔处理后,镍磷合金镀层表面有一层膜生成,对镀层的孔隙起到了封闭作用。对封孔后的镍磷镀层进行表面成分分析发现,镀层表面除含有镍、磷外,还有1%左右的Cr元素存在,因此,可推测经封孔处理后的镍磷合金表面形成了镍和铬的、有一定保护性的盐膜。这层盐膜对镀层的孔隙起到了封闭作用,因而使镀层的自腐蚀电流降低。因此,封孔是通过封孔液与镍磷镀层反应生成产物用以封闭镀层所存在的孔隙。而这种反应产物的稳定性十分重要。反应产物在各种腐蚀介质中的化学性质越稳定,它与镀层表面的结合越牢固,则封孔效果越好。此外,封孔液需要具有较好的润湿性和较强的渗透性。只有如此,封孔液才能快速渗人镍磷镀层的孔隙,并与孔隙内表面的镀层反应生成产物以封闭孔隙,从而阻止其它腐蚀性介质对镀层孔隙的渗入,提高镀层的耐蚀性。
表2镍磷镀层封孔处理前、后的电化学参数(施镀时间封孔前封孔后工艺孔工艺相比具有操作温度低的优点,因此,对于现场应用有较好的适应性。
4结论根据上述的研究可得如下结论:本文研究开发的NF-1封孔工艺,能大幅度降低镍磷银层的孔隙率,并提高镀层的耐蚀性。
封孔处理液能有效地渗人镍磷合金镀层的孔隙中,使银层的孔隙得以封闭,并使镀层的电化学性能发生改变。