分享：航空用铝合金外面化学镀镍磷层的制备及其耐蚀性

关键词:航空;2A11铝合金;化学镀镍磷层;耐蚀性

中图分类号:TG174 文献标志码:A 文章编号:1005-748X(2022)06-0067-04

铝合金比强度高,且具有良好的延展性及导热 性,被广泛运用于航空领域。
然而,铝合金的化学性 质活泼、硬度低和耐蚀性差,其运用受到了限定[1], 可以通过适当的表面防护技能以提高铝合金在航空 领域的运用。
常用的铝合金表面防护技能有电镀、 化学镀、阳极氧化、高能光束等,个中,化学镀作为一 种新兴的 表 面 防 护 技 术,已 被 广 泛 应 用 于 各 个 领 域[2]。
化学镀,也称防护自催化电镀,最常用于化学 镀镍。
由于施镀不依赖于电飘泊布,采取这种表面 改性技能得到的镀层厚度均匀,纵然在繁芜零件的 锋利边缘和深凹区域也可以均匀和完备施镀,且镀层具有良好的耐蚀性及耐磨性,已成为很多金属及 合金常用的表面防护技能[3-5]。

直升机零部件常日采取轻质铝合金材料,以达 到减重的目的。
海军某型号飞机常年受盐雾环境腐 蚀,普通铝合金的耐蚀性不能知足哀求。
本事情采 用化学镀镍磷的方法,在2A11铝合金基体上制备 低 P-Ni/中 P-Ni/高 P-Ni的 组 合 梯 度 化 学 镀 镍 磷 层,以期提高零部件的耐蚀性。

1 试验

1.1 试样

以2A11铝合金为基体材料,经 T6处理,试样 尺寸为30mm50mm5mm,其化学身分见表1。

在试样表面进行低磷/中磷/高磷组合镀镍(简 称镀层试样)。
试样经砂纸逐级打磨、洗濯后,风干备用。
2A11铝合金预处理和化学镀镍磷工艺流程如 图1所示。
溶液组成及操作条件见表2。
每一步用 去离子水洗涤两次,以避免前一步骤造成的污染。

1.2 镀层性能检测

1.2.1 表面描述和相构造

利用扫描电镜(SEM)不雅观察各镀层试样的表面 描述。
利用 X 射线衍射仪剖析镀层相构造。

1.2.2 耐蚀性

利用极化曲线、电化学阻抗谱图(EIS)及盐雾 试验来评定镀层的耐蚀性。
电化学试验采取三电极 体系,饱和甘汞电极为参比电极,铂片为赞助电极, 镀层试样为事情电极,试验溶液为 3.5%(质量分 数,下同)NaCl溶液,试样事情面积为1cm 2。
盐雾 试验按照 GB15011-2009《军用设备环境试验方 法》进行,试验溶液为5%(质量分数,下同)NaCl溶 液,温度为35 ℃。

2 结果与谈论

2.1 描述及构造

2.1.1 镀层的表面描述

由图2可见:低 P-Ni镀层表面不屈均,有凹坑, 这提高了镀层对基体的吸附力,使得镀层难以脱落; 低P-Ni/中 P-Ni镀层表面细胞大小不屈均,但紧密 相连;低 P-Ni/中 P-Ni/高 P-Ni镀层呈范例的“花椰 菜”描述,细胞尺寸为10~15m,单元细胞紧密结 合,无明显缝隙,表面均匀平整,为镀层试样耐蚀性 的提高供应了良好的根本。
通过比拟单层镀层与组 合梯度镀层的表面描述可以看出,组合梯度镀层间 隙逐渐减小,单元细胞较致密、均匀,组合梯度镀层 无明显毛病。

2.1.2 镀层的 XRD谱

由图3可见,低 P-Ni镀层的 XRD 谱在2 为 38,45,78处涌现明显的尖峰,解释中 P-Ni镀层中 的磷含量较低,镀层发生了一定程度的晶化,镀层处 于微晶 体 和 非 晶 体 的 混 合 状 态,即 镀 层 由 镍 和 Ni12P5 的两相稠浊物构成,其 X 射线衍射花样为宽 化的漫散射峰。

中P-Ni镀层和高 P-Ni镀层中的磷含量均较高 时,在衍射角(2)为45附近,即 Ni(111)的衍射方 向有漫散射衍射峰,表明组合梯度镀镍磷层确实为 非晶态。
球状颗粒中镍磷组元以非晶形式结合,磷 以固溶形式存在于镍晶格中,形成镍基过饱和固溶 体[6],非晶态镀层没有缺陷和高应力区,以是其拉伸 强度较高,这使得镀层的耐堕落和耐磨性提高。

2.2 镀层耐蚀性

2.2.1 极化曲线

由图4可见,组合梯度镀层试样的耐蚀性明显 优于单层镀层试样的,这是由于随着磷含量的增加, 镀层由低磷时的结晶或非晶构造逐渐转变为高磷时 的非晶构造,不具有晶态合金中的晶体特色,因此, 无法构成堕落微电池。
同时,非晶态镀层表面易形 成氧化膜,进一步提高了镀层对基体的保护浸染。
由表3可见,与铝合金基体比较,组合梯度镀层试样 的堕落电位发生正移,堕落电流密度减小,堕落电阻 明显增大,表明组合梯度镀层试样的耐蚀性较好。
同时,结合SEM 描述可知,高 P 层表面较均匀、致 密,从而提高了试样的耐蚀性。

2.2.2 电化学阻抗谱

根据图5所示各镀层试样的电化学阻抗谱,采 用图6所示的等效电路模型对其进行剖析,干系电 化学参数拟和结果见表4。
为了适应不完美的电容 相应,采取恒相元件(CPE)表征镀层界面的电容响 应,CPE的阻抗ZCPE 可通过式(1)打算。

式中: 是角频率;j是虚数;Y0 是导纳函数;n 是与 偏差有关的系数。

在该模型中,Rs、Rc 和 Rct 分别为溶液电阻、镀 层电阻和电荷通报电阻,C1 为高频韶光镀层电容, C2 为低频韶光的双电层电容[7]。

如 图 5 所 示,不 同 组 合 梯 度 镀 层 试 样 的 Nyquist图在相同频率区域呈现出相似的单一半椭 圆形状,表明几种镀层试样表面发生的过程大致相 同。
结合表4可见:低 P-Ni/中 P-Ni/高 P-Ni镀层 试样的电荷转移电阻远远大于低 P-Ni镀层试样和 低P-Ni/中 P-Ni镀层试样的,这意味着在堕落介质 中其膜层电阻更高。
低 P-Ni/中 P-Ni/高 P镀层试 样具有较大的电荷转移电阻,表明其镀层构造较致 密和均匀,镀层表面毛病较少。
综上所述,低 P-Ni/中 P-Ni/高 P-Ni镀层试样的耐蚀性较好,可以保护 铝合金基体免受堕落和降解。

2.2.3 盐雾试验结果

由图7可见:低 P-Ni/中 P-Ni/高 P-Ni镀层试 样在35 ℃下5% NaCl盐雾环境中堕落500h后, 镀层表面未涌现起皮、起泡和脱落等征象,且无腐 蚀、无裂痕;镀层表面平整光洁,晶胞间结合紧密,与 盐雾堕落前的镀层微不雅观描述无明显差异,解释低 PNi/中 P-Ni/高 P-Ni镀层试样可以经受严厉的堕落 环境磨练,组合梯度镀层可以对铝合金基体起到良 好的保护浸染,从而知足产品的实际利用哀求。

3 结论

(1)组合梯度磷镍镀层的工艺流程为抛光→碱洗→酸洗→浸锌→碱性化学预镀镍→酸性化学镀镍 磷,个中,浸锌采取二次浸锌法,采取这种工艺可有 效提高铝合金在堕落环境中的耐蚀性。

(2)比较于2A11铝合金基体和单层镀层试样, 低 P-Ni/中 P-Ni/高 P-Ni镀 层 试 样 的 腐 蚀 电 位 更 正,堕落电流密度更小,堕落电阻更大,具有良好的 耐蚀性,能知足航空铝合金耐堕落性能的哀求。

(3)经由500h盐雾试验后,低 P-Ni/中 P-Ni/ 高 P-Ni镀层试样表面未见明显堕落迹象。

参考文献:

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[2] SCHLESINGER M,PAUNOVIC M.ModernElectroplating[M].Hoboken,NJ,USA:John Wiley & Sons, Inc.,2010.

[3] 胡永俊,熊玲,蒙继龙,等.铝合金的前处理对 Ni-Co-P 化学镀层沉积特性和耐堕落性能的影响[J].堕落科 学与防护技能,2009,21(2):194-196.

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