合力。
溶液超声频率主要影响金刚石颗粒在镀层中的分布状态,进而影响鍍层硬度和鍍层中金刚石的复合量。随着超声频率的增大,金刚石的复合量明显增大,金刚石颗粒在镀层中的分布越来越均匀,镀层的显微硬度也随着增大。当超声频率为40KHZ和80KHZ时,镀层中金刚石的复合量几乎相等,但是超声频率为80KHZ时金刚石颗粒在镀层中分布更均匀;当超声频率继续增大到lOOKHz时,颗粒虽然均匀分布于复合镀层中,但镀层中金刚石的复合量和硬度都显著降低了。因此,电鍍前对溶液进行超声处理的适宜频率为45-80KHz。超声频率对镀层厚度的影响不大,随着超声频率的增加,镀层的厚度稍微有所减小。 2.3.9主盐NiSO47H2O的影响
表2.3.9 主盐的影响 主盐浓度/金刚石含量％ 沉积速度/(μ（g/l） 140 160 180 200 230 7.2 8.0 9.4 11.5 12.7 m.h) 7.6 8.5 10.1 11.8 12.3 埋入深度结合强度 （ht％） 59 63 62 74 79 较平整牢固 较平整牢固 略粗糙牢固 平整牢固 麻点牢固 2.4 根据正交试验确定各因素对镀层影响的主次顺序
正交实验表明,各因素对镀层厚度影响主次顺序为:电流密度〉搅拌速度〉金刚石浓度〉分散剂的量〉溶液超声频率;
对镀层显微硬度影响主次顺序为:金刚石浓度〉搅拌速度〉溶液超声频率〉分散剂的量〉电流密度;
对镀层中金刚石的质量含量影响主次顺序为:搅拌速度〉金刚石浓度〉溶液超声频率〉分散剂的量〉电流密度。
2.5 目前复合电镀镍-金刚石的最佳工艺条件下所得镀层数据
复合镀层平均厚度值 16.18μm 复合镀层平均显微硬度 1927HV 复合镀层中金刚石的平均复合量 63.13％
2.6 复合电镀镍-金刚石工艺的常见故障及处理方法
2.6.1 镀层结合力差
镀层结合力差,通常表现为起泡、开裂、脱皮等。主要原因:镀前处理不良、零件表面有油及氧化物等;电镀过程中产生双性电极或断电时间过长;镀液中硼酸少、杂质多、pH值高、有油及有机杂质或光亮剂过多等。 1) 前处理不良
镀层结合力差主要是镀前处理不良所造成的。基体金属表面黏附油污不可避免,这些油污除不净,轻则影响镀层结合力,重则影响镀层结构。除油不净因素:除油液成分、温度、时间不当等。因此,需加强镀前处理(包括:除油、除锈),以保证零件表面没有油污、锈斑和氧化皮,同时加强电镀前的活化处理,保证零件表面在电镀前没有氧化膜产生。 2) 杂质多
铜、铬等杂质过多,除引起镀层毛刺外,还能影响镀层结合力;有机添加剂分解产物过多也会影响结合力。只要严格执行操作规程,减少杂质带入量,就能将杂质的质量浓度降到最低值,不致产生危害。 2.6.2 镀层表面出现针孔
针孔大多是气体在镀件表面停留而造成的,可以使用润湿剂和强搅拌来减小它的影响。除此之外,造成针孔的原因还有:表面润湿剂少、阴极电流密度过大等。 1) 表面润湿剂少
电镀过程中阴极有氢气析出,如果镀液pH值过低、阴极移动过缓、润湿剂的质量浓度不足都会使氢气吸附在镀件表面,阻碍镀层金属的沉积,而在镀层表面形成针孔、麻点。由于润湿剂在电镀过程中被不断消耗,故应经常补充。
2) 阴极电流密度过大
针孔、麻点如出现在镀件的凸出部分(面向阳极),则表明阴极电流密度过大,调低阴极电流密度即可避免。 2.6.3 镀层表面粗糙
粗糙是由于溶液中的微粒在电镀过程中留置在镀层中而形成的。镀层粗糙的主要原因:主盐的质量浓度过高。它也是镀液不稳定因素之一。当阳极面积过大,阴极面积过小,阳极溶解的金属离子除少量供阴极沉积外,还有大量剩余,必然导致主盐的质量浓度上升。大量镍金属微粒从阳极分离,沉积槽底,有的被带电吸附到阴极上,使高电流密度区产生堆积镀层或粗糙无光,影响了镀层质量。所以,在配制电镀液时,切忌主盐取上限值。另外,为了控制主盐的质量浓度,也可挂入适量的不溶性阳极。
另外,采用的磨料微粒是金刚石微粉,当其质量浓度过大时,表面质量会有所下降。由于金刚石微粒属非导电性粒子,有空间位阻效应,减少了实际沉积面积,相当于电流密度增加,引起小尺寸微粒团聚，导致镀层表面粗糙，降低了表面质量。
2.6.4 镀层发花
1) 氯化物和硼酸偏离规范
镍-金刚石镀液的阳极活化剂为NiCl2·6H2O。其中Cl-能促进阳极溶解,保证主盐的正常补充,并能提高镀液的导电性和改善镀液分散能力。Cl-的质量浓度过低时,阳极局部易钝化,并大量析出氧气,易生成黑色沉淀附着于阴极,造成镀层花斑。镀液中硼酸的质量浓度偏低或偏高,都会影响pH值的稳定。当pH值太低时,不仅降低阴极效率,而且使工件表面产生大量氢气,部分氢气泡附在工件表面,影响金属沉积,容易造成镀层花斑。所以,应该严格控制氯化物和硼酸的质量浓度,将其控制在所需范围内。 2) 前处理不良
前处理不良会引起花斑,除油不净是主要因素。另外还有其它的一些因素,如:待镀工件有变色氧化现象;工件经酸洗、化学除油后放置时间长而氧化变色;用手接触工件容易有人体的油脂分泌物;经前处理后的工件在空气中放置一段时
间再镀也要发花等。因此,一定要严格控制前处理的每一个环节,工件除油后不得接触其它污染源,前处理完毕后应尽快实施电镀,以减少镀层发花的可能性。
3.复合电镀镍-金刚石的性能评述
3.1 镀层性能测定方法[18]
(1)
镀层的表面形貌及成分分析镍-金刚石复合镀层的表面形貌和镀层中各
元素百分含量是采用日立S-3400N扫描电子显微镜及其附属EDS能谱仪来进行分析。 (2)
镀层的组织结构分析镍-金刚石复合镀层的组织结构是采用日本理学
3015升级型X-射线衍射仪来进行分析,实验中采用Cu靶,扫描范围2e从10度到90度。 (3)
镀层的耐蚀性测定采用人工加速腐蚀试验来评价复合镀层的耐腐蚀性
能。镀层的耐蚀性实验是在CHI660C电化学工作站上进行,采用三电极体系,其中工作电极是镀有镍-金刚石复合镀层的1cm2的铝片,辅助电极为大面积铂片,参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。在不同腐蚀介质中,分别测定了镍-金刚石复合镀层的Tafel曲线和交流阻抗曲线。所有腐蚀试验均在室温条件下进行,腐蚀介质是质量分数均为10%的NaCl溶液、H2SO4溶液及NaOH溶液。
(4) 镀层的结合力测定本章采用弯曲试验、划痕试验和加热(骤冷)试验三种方法测定复合镀层的结合力。
用弯曲试验法和划痕试验法测定镀层结合力，加热(骤冷)试验法是将试样在220℃的马弗炉中加热30min,然后取出迅速投入室温的水中冷却,观察镀层的表面是否出现鼓泡、脱落等现象。
(5) 镀层的硬度测定镀层硬度测定见2.1.5。
3.2 复合镀层的表面形貌分析[19]
1) 金刚石浓度对镀层表面形貌的影响 下图是镀液中金刚石粉末浓度分别
为5g·L-1 、20 g·L-1、 30 g·L-1、 40 g·L-1、50g·L-1和60g·L-1时电镀lOmin制备的镍-金刚石复合镀层的表面形貌