汽車輪轂用鋁合金表面鎳鍍層的耐蝕性能研究

   日期:2014-02-10     瀏覽:876    評論:0    

摘要:在汽車輪轂用的鋁合金表面上電鍍鎳。研究鍍液pH值、電流密度、鍍液溫度等因素對鍍層耐蝕性能的影 響。用線性掃描伏安法研究鎳鍍層在3.5%NaCl溶液中的耐蝕性能,用SEM和XRD表征了鎳鍍層的形貌和結 構。結果表明,電鍍的最佳工藝條件為:鍍液pH為4.2,電流密度為30mA/cm2,鍍液溫度為58°C;在該條件下獲 得的鎳鍍層有很好的耐蝕性能,其結構為立方晶系。

關鍵詞:電鍍;鎳;鋁合金;耐蝕性能
 

鋁合金制汽車輪轂以其美觀、節能、散熱性好、

質輕、壽命長、安全可靠、加工性好等優點,正逐步替 代鋼制輪轂[卜4」。但隨之也使汽車運動部件的工作 環境惡化,運動部件之間散熱、潤滑條件變差,摩擦 壓強增大,這就要求汽車零件表面具有更高的耐熱、

耐磨及降低摩擦系數的功能。這些功能的獲得往往 是通過電鍍等表面處理來實現的。

本文研究在鋁合金表面電鍍鎳合金層,考察了 鍍液的011值、電流密度、鍍液溫度等因素對鍍層耐 蝕性的影響,獲得了較適宜的鋅鎳合金電鍍工藝,并 用32^1與父0尺表征了鍍層的形貌和結構。

1 實驗

1.1鍍液組成

1.2 電鍍工藝

鋁輪轂電鍍鎳工藝流程:除銹—除油—弱腐蝕 —浸鋅—脫鋅―再浸鋅—預鍍鎳—酸性鍍銅—半光 亮鍍鎳。

半光亮鍍鎳的工藝條件:電流密度為25?40 :!!八八^2;鍍液值為3.5?4.5;鍍液溫度為

50 ?60 X:。

實驗主要儀器:丫2〗了型直流電源;2X21型多 盤十進電阻器;9^-501型恒溫槽;:[只3-2(2型 值計;3八2004型電子天平。

1.3鍍層的表征

用乂丁30231:11^?掃描電鏡測試鎳鍍層的 表觀形貌,用型X射線衍射儀測試鎳鍍 層的組織結構。選擇溶液作為腐蝕介 質,用0016608型電化學工作站測試鎳鍍層的陽極 穩態極化曲線,研究鍍層的耐蝕性能。

2結果與討論

2.1電流密度對鍍層耐蝕性能的影響

控制鎳鍍液溫度為50只值為4.2,對不同 電流密度下鎳鍍層在3’ 50^的溶液中的耐腐 蝕性進行研究。在電流密度25爪八/啦2、30 。1112、35 III八/伽2、40 III八/啦2下測定鎮鍍層的陽極 極化曲線如圖1所示。

由圖1可知,電流密度從25饑八夂!!!2增加到 30 111八“!112時,極化曲線的致鈍電流密度和維鈍電 流密度均減小,致鈍電位向負方向移動,表明鍍層的 耐蝕性能增強。當電流密度變化到35 時,

極'化曲線的致鈍電位幾乎沒有發生明顯變化,而致 鈍電流密度和維鈍電流密度有所增加,表明鍍層的 耐腐蝕性有所減弱。當電流密度變化到40 一 01112時,極化曲線的致鈍電流密度和維鈍電流密度均增加,致鈍電位向正方向移動,表明耐腐蝕性能進 一步減弱。由此可知,在溫度與1)9值保持恒定的 條件下,電流密度為30 III八久仍2時鍍層的耐腐蝕性 能最佳。其致鈍電位約為0.275 V,維鈍電流密度 為1 00453八久砠2。這應該是電沉積的鎳銅結晶交 界面處形成的鎳銅合金引起的鈍化,因為純鎳在 溶液中是不鈍化的。

2.2鍍液的1)11值對耐蝕性能的影響

控制鍍鎳溶液溫度為55 1,電流密度為30 III八夂瓜2,對不同并[值下鎳鍍層在3丨50^的乂^1 溶液中的耐腐蝕性進行研究。測定值分別為 3.8、^ 2 3.5下的鎳鍍層的陽極極化曲線如圖2 所示。

由圖2可知,在13只值從3.8變化到4.2時, 極化曲線的致鈍電流密度和維鈍電流密度均減 小,致鈍電位向負方向移動,表明鍍層的耐蝕性能 增強。而15只值從4.2變化到4.5時,極化曲線的致鈍電流密度和維鈍電流密度均有小幅度的增 加,致鈍電位沒有發生顯著的變化,表明鍍層的耐 蝕性能有所減弱。由此可知,在溫度與電流密度 保持恒定的條件下,9只值為^ 2時鍍層的耐腐蝕 性能最佳。其致鈍電位約為0.31 V,維鈍電流密 度約為1 00611八八爪2。因為純鎳在乂義丨溶液中 是不鈍化的,所以這應該是鎳銅結晶交界面處形 成的鎳銅合金引起的鈍化。

2.3鍍液溫度對耐蝕性能的影響

控制鍍鎳溶液的值為1 2,電流密度為30 爪八八III2,對不同溫度下鎳鍍層在50^的溶 液中的耐腐蝕性進行研究。測定溫度分別為50 1、 55。0、58 1、60 I下的鎳鍍層的陽極極化曲線如圖 3所示。由圖可知,在溫度從50 I變化到55。0時, 極化曲線的致鈍電流密度和維鈍電流密度均減小, 致鈍電位向負方向稍微移動,表明鍍層的耐蝕性能 增強。當溫度從55 X:變化到58 I時,極化曲線的致鈍電流密度和維鈍電流密度均減小,致鈍電位基 本不變,表明鍍層的耐蝕性能有所增強。當溫度再 從58 I變化到60 X:時,極化曲線的致鈍電位雖有 負移,但致鈍電流密度和維鈍電流密度均顯著增大。

由此可知,在值與電流密度保持恒定的條 件下,溫度為58 I時耐腐蝕性能最佳。其致鈍電位 為0^ 285 V,維鈍電流密度約為0^ 00503八/啦2。 2.4鎳鍍層的結構和形貌表征

選擇最佳工藝條件溫度為55電流密度為 30爪八八11!2,?只值為I 2,在鋁合金基體進行電鍍 鎳,鍍鎳后對其進行測試,結果示于圖4。由 圖可知電沉積的鎳鍍層具有立方晶系結構,其特征 衍射峰的甜角與他的標準衍射峰圖譜01 — 1258 卡片完全吻合。

在3.50^1^01溶液中,分別對鋁合金基底和 最佳條件下獲得的鎳鍍層進行陽極極化腐蝕(腐蝕 電位掃至0丨1 V〕,用32^4測試腐蝕前后樣品的表 面形貌如圖5和圖6所示。

由圖6可知在同樣腐蝕電位下,鎳鍍層表面被 腐蝕的很少,這是因為鎳鍍層表面平滑且致密,因而 耐腐蝕性能明顯增強。

3結論

(工)在鋁合金表面電鍍半光亮鎳的最佳工藝條 件:溫度為55。0,電流密度為30爪八八!值為 ^ 2; 0鎳鍍層具有立方晶系結構; ^與鋁合金相比,鎳鍍層具有良好的耐蝕性 能。在電沉積的鎳銅交界面處形成鎳銅合金,對 3^ 50^^01溶液產生鈍化。

 
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