工艺性化学工程论文提纲

论文题目：镁合金化学镀镍组合镀层的工艺及耐蚀性研究

摘要：镁合金是最轻的工程结构材料,随着汽车轻量化、新能源汽车等概念的推行,镁合金的大量应用将成为趋势。但是,制约镁合金大量广泛应用的最主要因素是其耐蚀性差。目前,相对于其它表面处理技术,镁合金表面化学镀镍是提高其耐蚀性最有效、最简单易行的方式之一。然而,镁合金属于难镀基材,目前的工艺中均含有大量高腐蚀性及污染物的化学试剂,其排放会给环境造成严重污染。对镁合金化学镀技术进行改良和创新,可提高镀层耐蚀性,扩大镁合金材料的应用。本论文主要研究绿色环保化学镀新工艺,采用最简单的镍/磷或镍/硼合金镀层构建多层/双相结构镀层,研究化学镀界面反应机理和镀层性能,制备了高耐蚀性化学镀层。本文利用扫描电子显微镜（SEM）对镀层表面和截面形貌进行表征。利用色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱仪测定镀层和镁合金的成分及元素含量。用X射线衍射仪测定镀层的相结构。采用电化学性能测试包括开路电势（OCP）、动电势极化（PDP）曲线、阴极极化曲线、恒电势电流瞬变（计时电流法）和电化学阻抗谱（EIS）表征镀层的耐蚀性能。主要研究成果如下:1.采用磷酸酸洗液可完全替代含铬酐酸洗液,能在基底表面形成一层磷化物保护膜,有效阻止溶液对基底的腐蚀,又能对基底表面进行适当的刻蚀,为后续化学镀提供足够的结合力。对比不同含氟活化液,均能在基底表面覆盖一层氟化膜,有效保护基底不被过度腐蚀。为保证镀层的耐蚀性及结合力,通过分析氟化膜的F/O原子比判断镁合金表面反应活性,从而选择F/O原子比适中的K4P2O7和NH4HF2活化工艺。2.开发了碱性无氟化学镀为预镀层的无氟化学镀新工艺。在不含氟化物的化学镀液中,溶液的p H值、反应温度和稳定剂浓度是影响化学镀镍的主要因素。通过氨水调节化学镀液的p H值,为化学镀镍提供碱性环境,减小镀液对镁合金基底的腐蚀。化学镀反应温度低于70℃时,沉积速率较小,不能获得完整覆盖度的化学镀镍层;温度高于80℃时,镀液不稳定容易分解,镀速增加,镀层结合力减弱,致密性降低。镍沉积速率随稳定剂的浓度呈现先降低后增加,当硫脲浓度大于1 mg·dm-3时,稳定剂产生毒化作用,镀速反而降低。设计并制备了以高磷镀镍层为内层,化学镀Ni-B为封孔层的双层涂层。单层高磷镀镍层为非晶态结构,表面存在一定孔隙,Ni-B首先沉积在高磷镀镍层的缺陷处,从而减少了镀层贯穿孔隙,极大提高镁合金的耐蚀性。电化学测试结果表明,Ni-P和Ni-B镀层之间存在电势差,外层Ni-B镀层可以为内存提供多余电子,从而减慢了内层的腐蚀速率,提高了镁合金的耐蚀性。3.研究了碱性无氟化学镀Ni-B初始形成机理,设计了Ni-B为内层,无氟化学镀高磷镀镍层为外层的双层镀层。无氟化学镀Ni-B的沉积包括Mg和Ni2+之间的置换反应和镍的自催化反应。单层Ni-B镀层呈现晶态结构,表面存在缺陷且不够致密,耐蚀性较差不能有效保护镁合金基底。外层高磷的Ni-P为非晶态结构,通过复配,减少了镀层的表面缺陷,表现出很高的耐蚀性及显微硬度,说明了双层镀层设计能明显改善镁合金的表面性能。4.研究开发了一种全流程无氟的银离子活化低温化学镀新工艺。采用银离子活化液代替低氟活化液,在镁合金基底表面生成纳米银颗粒。在低温条件下,镀液对基底的腐蚀速率减慢,纳米银颗粒有效催化无氟化学镀液中镍离子沉积,从而在镁合金表面获得了双层Ni/Ni-B、Ni/碱性Ni-P镀层和Ni/酸性Ni-P镀层。电化学测试结果表明三种镀层均具有较好的耐蚀性,其中Ni/Ni-B镀层的耐蚀性最好。本论文在如下方面有创新性研究工作:（1）开发了低毒、环保的镁合金化学镀前处理工艺,即保证了镁合金基底的活性又降低了腐蚀速率。（2）开发了碱性和酸性条件下的无氟化学镀液配方,优化了无氟化学镀工艺条件。（3）通过镀层设计,在无氟化学镀液中,沉积了Ni-P/Ni-B高耐蚀性镀层,同时还揭示了镀层的腐蚀机理。（4）剖析了无氟化学镀Ni-B的初始沉积机理,无氟镀液中沉积了Ni-B/Ni-P镀层,并研究其表面性能。（5）首次提出节能环保的低温无氟银离子活化化学镀新工艺,成功制备了耐蚀性涂层。

关键词：镁合金;无氟化学镀镍;Ni-P/Ni-B组合镀层;耐蚀性;反应机理

学科专业：物理化学

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 镁及镁合金材料

1.1.1 镁合金材料及其应用

1.1.2 镁合金材料的腐蚀

1.1.3 镁合金材料的开发

1.2 镁合金表面防护

1.3 镁合金表面化学镀工艺研究

1.3.1 镁合金浸锌化学镀工艺

1.3.2 镁合金直接化学镀工艺

1.4 镁合金表面化学镀层研究进展

1.4.1 镁合金化学镀镍磷

1.4.2 镁合金化学镀镍硼

1.4.3 镁合金表面多元镀层

1.4.4 镁合金表面复合镀层

1.4.5 镁合金表面组合镀层

1.5 本论文研究的意义与主要内容

第2章 镁合金化学镀镍前处理研究

2.1 引言

2.2 实验用品

2.2.1 实验材料及规格

2.2.2 药品与仪器

2.3 工艺流程与操作

2.4 实验方法

2.5 酸洗及活化前处理

2.5.1 酸洗

2.5.2 活化

2.6 本章小结

第3章 镁合金化学镀NI-P/NI-B镀层制备及性能

3.1 引言

3.2 化学镀工艺

3.3 实验方法

3.3.1 镀层沉积速率的测定

3.3.2 镀层的结构测定

3.3.3 镀层的电化学性能测定

3.3.4 盐雾试验

3.3.5 镀层结合力的测定

3.3.6 镀层孔隙率测定

3.4 碱性化学镀镍磷工艺

3.4.1 硫脲浓度的影响

3.4.2 温度对化学镀镍的影响

3.4.3 碱性施镀时间的影响

3.4.4 碱性化学镀反应机理

3.5 多层镀镍施镀工艺条件的研究

3.6 双层镀层结构及耐蚀性

3.6.1 双层镀层结构

3.6.2 双层镀层开路电势

3.6.3 双层镀层电化学阻抗

3.6.4 盐雾实验

3.7 本章小结

第4章 镁合金化学镀NI-B/NI-P组合镀层的制备及性能

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 碱性镀液中NI-B镀层的形成机理

4.4 NI-B/NI-P双层镀层的制备

4.5 NI-B/NI-P双层镀层的相结构与组成

4.6 NI-B/NI-P双层镀层的耐蚀性

4.7 镁合金及不同镀层的显微硬度

4.8 本章小结

第5章 镁合金低温无氟化学镀工艺

5.1 引言

5.2 实验材料与方法

5.2.1 实验材料和规格

5.2.2 化学镀镍工艺

5.2.3 实验方法

5.3 酸洗及活化前处理

5.4 不同涂层的显微结构、组成及耐蚀性

5.5 腐蚀行为及模型

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢