鎳/銀/銠，因獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，備受飾品行業(yè)的青睞，那么，怎么成功地在銅表面鍍復(fù)合鍍層—鎳/銀/銠，今天就著這個(gè)問(wèn)題來(lái)探討，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試從而得出結(jié)論，我們不妨進(jìn)來(lái)詳細(xì)的了解一下。
銠為鉑族元素，密度為12.4g/cm3,在鉑族元素中銠的電阻系數(shù)最小，對(duì)可見(jiàn)光的反射率[敏感詞]。在貴金屬中，銠儲(chǔ)量少，最稀缺(銠是鉑的副產(chǎn)品，鉑/銠≈17),價(jià)格高，無(wú)其它替代金屬，具有較高的硬度、美觀的顏色、[敏感詞]的抗腐蝕能力和較好的導(dǎo)熱性與電催化性能。銠鍍層呈銀白色，稍帶淺藍(lán)色調(diào)并有光澤，具有耐磨損、不發(fā)暗、接觸電阻低而穩(wěn)定等性能。作為表面鍍層，在光學(xué)儀器、電器工業(yè)、珠寶首飾等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛(如化學(xué)儀器、反光鏡、顯微鏡的反光鍍層；無(wú)線電或聲頻上的表面接觸層，印制線路板上插接件的耐磨層及用作裝飾層、防銀變色層等。
鑒于銠本身所具有的物理、化學(xué)特性，其一般不直接鍍?cè)跇蛹谋砻嫔?，而只是作為表面鍍層。通常在鍍銠之前，需先鍍一層打底的金屬或合金材料，即所謂的基材，然后再鍍銠，這就形成了復(fù)合鍍層。目前作為鍍銠的基材金屬主要為金、銀、鈀、鎳以及鈀鈷、鈀鎳合金等。復(fù)合鍍層較單層鍍層的耐蝕性更好，這是因?yàn)閺?fù)合鍍層中不同晶粒尺寸的鍍層相互層疊阻礙了腐蝕介質(zhì)的傳輸，對(duì)基體起到了保護(hù)作用。孫金虎等通過(guò)采用電沉積法在低碳鋼基體上制備了鎳/銅/鋅復(fù)合鍍層，發(fā)現(xiàn)鎳/銅/鋅復(fù)合鍍層較雙鍍層及單一鍍層的耐蝕性更好。王建興等采用直流和脈沖方法電沉積了鎳-鈷/鎳/鎳-鈷復(fù)合鍍層，研究表明該復(fù)合鍍層表面鈍化效果明顯優(yōu)于單層和雙層的含鈷鍍層或不含鈷的鍍層。Aliofkhazraei等對(duì)復(fù)合鍍層的制備、微觀結(jié)構(gòu)、工程性能和潛在應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得到了復(fù)合鍍層可以為工程電沉積工具包提供強(qiáng)大的補(bǔ)充的結(jié)論。Khademl等將復(fù)合鍍層應(yīng)用到摩擦學(xué)中，發(fā)現(xiàn)復(fù)合鍍層能減少摩擦和提高機(jī)械部件的耐磨性。盡管目前有許多論文研究各種復(fù)合鍍層的性能與工藝,但是，到目前為止還沒(méi)有關(guān)于鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的研究。
為了研究鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的結(jié)構(gòu)和性能，本文采用化學(xué)鍍和電沉積的方法在紫銅片上制備了不同鎳鍍層厚度的鎳/銀/銠復(fù)合鍍層，表征了其微觀結(jié)構(gòu)，分析了化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，并采用酸性鹽霧試驗(yàn)研究了鍍層的耐蝕性。
實(shí)驗(yàn)方法
1.1 鍍層制備
基底材料選用紫銅，尺寸為10mm×10mm×1.5mm。將紫銅打磨拋光之后放入由40g/LNa?CO?、40g/LNa?PO?、30g/LNaOH和30g/LNa?SiO?組成的除油溶液中進(jìn)行除油，溫度60~70℃,時(shí)間為3~5min。取出后用去離子水清洗，然后經(jīng)過(guò)酸洗、水洗和退銅等處理，得到預(yù)處理后的紫銅片。
將上述預(yù)處理后的紫銅片經(jīng)過(guò)多層化學(xué)鍍/電鍍處理制備得到鎳/銀/銠復(fù)合鍍層：首先分別配置化學(xué)鎳鍍液、電鍍銀鍍液和電鍍銠鍍液，其組成和工藝參數(shù)見(jiàn)表1。將上述預(yù)處理后的紫銅片依次放到上述電鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍/電鍍(底層是鎳鍍層，中間層為銀鍍層，表層為銠鍍層),化學(xué)鍍/電鍍過(guò)程中，前一層化學(xué)鍍/電鍍之后用去離子水沖洗干凈后再進(jìn)行后一層電鍍。為進(jìn)行比較，制備了A、B兩種試樣，除了化學(xué)鍍鎳的時(shí)間不同之外(試樣A鍍鎳時(shí)間為1.5h,試樣B鍍鎳時(shí)間為3h),其他條件完全相同。電鍍銀和電鍍銠的時(shí)間分別為10min和5min。
表1化學(xué)鎳鍍液、電鍍銀鍍液、電鍍銠鍍液組成及工藝參數(shù)
1.2 鍍層結(jié)構(gòu)表征及其耐蝕性實(shí)驗(yàn)
將樣品放置在小型模具中，使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化和成型。鍍層的橫截面經(jīng)過(guò)金相砂紙(5~20μm)拋光，然后使用1μm的金剛石拋光液進(jìn)行拋光，最后使用0.3μm的氧化鋁懸浮液進(jìn)行拋光。鍍層的厚度通過(guò)數(shù)字顯微鏡(VH-Z500R)進(jìn)行觀察。使用掃描電子顯微鏡(SEM,ZESS,Sigma500)和X射線能譜分析(EDS)檢查鍍層的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。使用X射線衍射儀(XRD,D8Advance,BrukerCo.)表征鍍層的相結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)。
對(duì)兩組鎳/銀/銠復(fù)合鍍層進(jìn)行酸性鹽霧實(shí)驗(yàn)，NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,pH為3.5,溫度為35℃。將兩組樣品同時(shí)放入酸性鹽霧實(shí)驗(yàn)箱(HL-90-BS)中，放置240h,根據(jù)鍍層表面銹蝕的程度來(lái)評(píng)價(jià)鍍層的耐腐蝕性，銹蝕程度越小說(shuō)明耐蝕性越好。
結(jié)果與討論
2.1 鍍層的微觀結(jié)構(gòu)
圖1為試樣A和B橫截面的光學(xué)照片。由圖1可以看出，鍍鎳時(shí)，由于沉積時(shí)間的不同，鎳鍍層的厚度也不同。試樣A鎳鍍層的厚度為16.1±0.19μm,銀鍍層的厚度為4.6±0.12μm；試樣B鎳鍍層的厚度為26.5±0.57μm,銀鍍層的厚度為4.6±0.1μm。兩種樣品鎳鍍層厚度相差很大，銀鍍層厚度基本一致，銠鍍層均為0.5μm左右。鎳/銀/銠復(fù)合鍍層與基體之間有明顯的分界，但是沒(méi)有孔隙存在，說(shuō)明鍍層與基體之間結(jié)合效果較好；復(fù)合鍍層的底層、中間層和表層之間有明顯的顏色分層，但是沒(méi)有孔隙，這說(shuō)明多層鍍層的各層之間結(jié)合較好。
圖1 鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的橫截面的形貌
圖2為試樣A和B表面的SEM形貌。由圖2可以看出來(lái)：鍍銠層的表面較為平整均勻，無(wú)明細(xì)孔隙，A、B試樣的表面形貌并沒(méi)有因?yàn)榈撞暮穸鹊牟灰恢露a(chǎn)生明顯的區(qū)別。
圖2 鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的表面SEM形貌
圖3為試樣A和B的EDS能譜圖，鍍層中各元素的含量如表2所示。兩組鍍層均含有C、O、Rh、Ag、Ni、Cu元素(C、O元素來(lái)源于樣品表面或空氣中的碳和氧),且同一元素含量相差不大。
圖3 鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的EDS能譜圖
表2 EDS測(cè)定的鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的元素組成
圖4顯示了鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的XRD譜圖。與試樣A相比，試樣B的Rh在(111)晶面上的衍射峰峰值升高，Ag在(200)晶面的衍射峰峰值下降。兩組樣品都是由面心立方結(jié)構(gòu)的Rh相和Ag相組成，與標(biāo)準(zhǔn)Rh峰和Ag峰相比，沒(méi)有發(fā)生明顯的偏移，說(shuō)明沒(méi)有合金相生成。
圖4 鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的XRD圖
2.2 鍍層的耐蝕性
將A、B兩組試樣同時(shí)放置于酸性鹽霧箱中保持240h,用鍍層表面銹蝕的程度來(lái)評(píng)價(jià)鍍層的耐蝕性，在鹽霧環(huán)境下，銹蝕程度越小說(shuō)明耐蝕性越好。圖5(a)和圖5(b)分別為試樣A和B在鹽霧環(huán)境放置240h后的外觀圖。
從圖5中可以看出，兩組試樣表面都出現(xiàn)了不同程度的銹蝕現(xiàn)象，試樣A表面上半部出現(xiàn)了大量的綠色腐蝕產(chǎn)物，下半部則出現(xiàn)兩處起泡現(xiàn)象；試樣B表面同樣有腐蝕產(chǎn)物的出現(xiàn)，但是無(wú)論是腐蝕面積還是顏色都比試樣A輕微，且僅有兩處較小的起泡現(xiàn)象。酸性鹽霧實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，試樣B的耐蝕性要優(yōu)于試樣A。
圖5 鎳/銀/銠復(fù)合鍍層在鹽霧環(huán)境下240h后的宏觀照片
圖6顯示了在鹽霧環(huán)境下保持240h后鎳/銀/銠復(fù)合鍍層的形貌。與鹽霧實(shí)驗(yàn)前相比(圖2),鍍層表面受到腐蝕變得粗糙，不致密。試樣B相較于試樣A來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有出現(xiàn)微裂紋的現(xiàn)象，其表面具有比試樣A更好的耐蝕性，與前文的結(jié)論相一致。此結(jié)果表明，鎳鍍層厚度的增加有助于提高復(fù)合鍍層的保護(hù)能力。
圖6 鎳/銀/銠復(fù)合鍍層在鹽霧環(huán)境下240h后的SEM圖
結(jié) 論
(1)采用化學(xué)鍍和電沉積的方法在紫銅片上成功制備了兩組不同鎳鍍層厚度的鎳/銀/銠復(fù)合鍍層，鍍層之間結(jié)合良好，表面平整致密，無(wú)明顯孔隙。
(2)因?yàn)殒囧儗雍穸鹊牟煌瑢?dǎo)致了兩組樣品耐蝕性的不同，根據(jù)酸性鹽霧試驗(yàn)，我們可以看出，因?yàn)樵嚇覤的鎳鍍層更厚，使得試樣B具有比試樣A更好的耐蝕性。
本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試從而得出結(jié)論，以化學(xué)鍍和電沉積的方法，在紫銅片鍍復(fù)合鍍層——不同鎳鍍層厚度的鎳/銀/銠，通過(guò)其微觀結(jié)構(gòu)，分析化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，并利用酸性鹽霧試驗(yàn)研究鍍層的耐蝕性。
文章來(lái)源：電鍍與精飾
作者單位：中國(guó)特種飛行器研究所、天津航空機(jī)電有限公司
