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1前言
装饰性以及功能性镀铬工艺由于使用了有害环境的六价铬,人们采用钨合金镀层代替铬镀层[1]。
在元素周期表的过渡元素中,许多金属都具有优良的性能,其中铁、钴、镍具有优异的电化学性能,化学活泼性属于中等,在周期表中处于中间位置,而且它们的交换电流密度较小[2]。标准电位分别为:Fe=-0.44V,Co=-0.277V,Ni=-0.25V。金属钨熔点高,硬度大,化学稳定性好和韧性极优。由于钨、钼、锗等金属不能从水溶液中单独沉积,但可以和铁系金属一起发生诱导共沉积[3,4],因此,如果在镀液中存在铁、钴等离子,则可以共沉积含有钨的合金镀层。这种合金镀层具有更为优良的耐蚀性、耐热性和耐磨性。因此,电镀W Co、W Fe合金镀层可大大提高材料在大气、海水以及其他环境中的耐蚀性能。
电镀WNi合金工艺报道得较多;而对电镀W Co、W Fe工艺报道得较少。
本文重点介绍电镀钨钴合金镀液的组成和工艺条件,对工艺参数的确定及影响质量的因素进行了讨论,并对在不同基体材料上电镀钨合金的难易程度进行了比较。
2试验
2.1镀液的组成及工艺条件
2.2工艺流程
化学除油→热水洗→流动水洗→除锈→流动水洗→弱酸蚀→流动水洗→电镀温水洗→流动水洗→自然晾干
3结果与分析
3.1电流密度的影响
一般情况下,提高电流密度能够加大阴极极化,因此,可以获得比较致密的镀层,而且还可以加快沉积速率,提高生产效率,所以在保证镀层质量的前提下,一般电流密度越大越好[5]。试验表明:在确定的电解液组成和pH值范围内,电流密度4～6Adm2时最佳。电流密度越小,镀层结晶就越细致,但镀层中钴含量大大增加,钨的含量减少。这是因为在低的电流密度下钴的极化小,因而达不到与钨的共析电位,使钴离子优先沉积;而电流密度过大时,氢气从表面逸出,镀层薄而粗糙,边角处发黑,所以电流密度不宜过大。
3.2主盐浓度的影响
电镀W Co合金时,在Na2WO4、CoSO4两种主盐中,钴盐起着决定性作用[6]。钨不可能单独沉积,相对于钨而言,钴的标准电位较正,而且又发生诱导沉积作用,因此,在电解液中只有加入钴盐时才能获得W Co合金层。
分别取钴离子浓度为0.1、0.2、0.3molL,在不同电流密度下沉积层中钨的质量分数,如图1所示。
从图1可看出,钴盐含量过高,镀层中钨含量就会很高;钴盐含量过低时,镀层中钨含量就会降低。电流密度也对合金镀层中钨含量有着很大的影响,随着电流密度的增大,镀层中钨含量先增加后减少的,当电流密度在5Adm2时,镀层中钨含量达到最大值,此时,电流密度再增加,镀层中钨含量反而会大大降低。因此,要想在镀层中获得较高的钨含量,电流密度为4～6Adm2。
3.3阳极的影响
在电镀W Co合金的过程中,阳极的作用是非常重要的。在电镀合金中,阳极可以分为:(1)可溶性合金阳极;(2)可溶性单金属分挂阳极;(3)不溶性阳极,由添加适当的金属化合物来补充金属组分;(4)把(1)和(3)混合起来作为混合阳极。
在试验中,用不锈钢或者铁片作为阳极,不锈钢、铁片有显著的溶解,使镀液中有大量的铁离子存在。若电镀W Co合金,则镀层中含有铁,镀层可能达不到应用要求,还会造成镀液的变质;若是单独使用钨棒作为阳极,则电压达到十几伏以上才有电流出现,并且阳极处出现火花。分析其原因,可能是由于钨棒单独作为电极时电阻过大。试验中,将不溶性阳极碳棒与可溶性单金属钨连接在一起作为阳极,效果会很好。电镀完毕后发现,W棒有溶解,电压不需要调节很高就有明显的电流通过,但是镀液中有固体物质出现,分析是从碳棒上脱落的阳极泥渣。若电镀过程中需要搅拌,为了保证镀层质量,镀液要定期过滤。为了防止阳极泥渣污染镀液,可以使用晴纶布阳极套。
3.4pH值的影响
镀液pH值影响氢的放电电位、碱性夹杂物的沉淀,还影响配合物或者水化物的组成以及添加剂的吸附程度。实验表明:镀液pH值对镀层和镀液的稳定性有很大的影响,对于电镀WCo合金,在不锈钢基体上电镀时,pH=4.0～5.5能获得较好的合金镀层;但是在铁基体上时,pH=8时所获得镀层质量较好。对于W Fe合金,pH值发生变化,在试验中没有发现对镀层质量有影响。同时还发现,pH≤3时,几乎得不到合金镀层,主要原因是电能几乎消耗在电解水。
3.5不同基体金属上电镀WCo合金的难易程度
在不锈钢片、铁片、铝片、铜片等不同基体上进行了电镀W Co合金试验。发现镀层最易于在铜上形成;铁、不锈钢次之;在铝上直接电镀最难。镀层基体的结合是否良好,与基体金属的化学性质有着密切的联系。在某种电解液中,如果基体金属的电位负于镀层金属的电位,不采取一些措施就不容易获得结合良好的镀层。对于一些电位很负的金属,如铝,它的活泼性很强,在电镀液中容易发生置换反应,所得到的镀层比较疏松,因此,在铝基体上进行电镀,一般在电镀前要进行特殊的预处理。
有些金属,如不锈钢等具有钝化的特性,金属表面生成一层氧化膜,虽然这层膜很薄,但是比较致密,能保护金属不受腐蚀。因此,要在它上面进行电镀,应该进行活化处理,否则,很难获得理想的镀层。
4结论
(1)钨不能单独从其盐溶液中沉积,需要利用钴的诱导沉积效应达到WCo的共析电位,才能获得良好的合金镀层。
(2)在电镀WCo合金时,要选择合理的工艺参数。试验表明:电流密度4～6Adm2,镀液pH=4.0～5.5才能获得较好的合金镀层。
(3)不同基体金属上电镀W Co合金难易程度是不同的,这与基体金属的化学性质有着密切的联系,一般基体金属的电位要正于镀层金属的电位,才能获得结合良好的镀层。
