热处理对铝合金表面化学镀镍镀层性能影响

张红娟， 刘治虎

（西安航空计算技术研究所，西安710068）

热处理对铝合金表面化学镀镍镀层性能影响

张红娟， 刘治虎

（西安航空计算技术研究所，西安710068）

针对铝合金表面化学镀镍层结合力和耐蚀性差的问题，采用热处理方法提高镀层结合力和耐蚀性。高低温试验后用划痕法检测结合力强度，运用盐雾试验检测耐蚀性。通过对比试验和结果分析表明：热处理温度和时间对镀层性能存在交互作用；经过150℃、1.5h热处理，镀层与基体结合力最好，80h高、低温试验（高温105℃，低温-55℃）后，镀层结合力强度为48.7MPa；镀层经过150℃、1h热处理，镀层耐蚀性最好，96h盐雾试验后，外观无白斑、起泡、脱皮等腐蚀现象。

铝合金；化学镀镍；热处理；结合力；耐蚀性

0 引言

铝合金具有密度小、机械强度高、导电导热性能好等优点，在各行各业中被广泛使用,但同时也存在耐磨性差、硬度低等缺陷。为改善铝合金耐磨性并提高硬度，工业上一般采用铝合金表面化学镀镍工艺。而铝合金表面化学镀镍后，经过长时间高低温试验，镀层会出现起皮、脱落现象；未起皮、脱落的镀层经过一定时间盐雾试验后，基体也会出现轻微腐蚀、局部镀层脱落现象。查阅相关文献介绍，镀后热处理既可以有效改善镀层和基体的结合力，也可以改善镀层耐蚀性，但缺少相应的实践应用和数据分析。因此本文旨在通过高低温和盐雾试验，研究热处理对铝合金表面化学镀镍层结合力和耐蚀性影响。

1 试样制备与试验方法

1.1 试件材料

本试验选用6061铝合金作为化学镀镍基体材料，其化学成分见表1。铝合金试样加工成60 mm× 40 mm×8 mm带有凹槽、散热齿和孔的形状，其表面粗糙度为Ra1.6，试件外观见图1，共10组样本。

1.2 试件制作

选用酸性化学镀镍工艺，对铝合金样本表面进行Ap. NiP（10）25处理，即在铝合金表面镀磷含量为10%，厚度至少为25μm的镍磷合金镀层。为保证试验样本的一致性，铝合金样本均在同一槽液中同时进行化学镀镍。化学镀镍完毕后，按照表2所示的热温度参数［3］分10组分别在真空炉中进行热处理，热处理完毕，样本随炉冷却至室温。

表1 铝合金的化学成分 %

图1 铝合金样本外观图

表2 镀层热处理参数

1.3 试验方法

对每组样本进行80h高低温试验［4-5］，试验结束后，从每组试件中随机抽取1件用划痕法［1］进行镀层结合力检测，其余样本进行盐雾试验［6］。

1）高低温试验

高低温试验采用上海埃斯佩克环境设备有限公司生产型号为SEF-Z-040US的高低温试验箱，以高温105℃、加热2h，然后低温-55℃、冷冻2h的频率进行循环处理80h。

2）盐雾试验

盐雾试验基于表3所示的试验条件及其容差，采用意大利生产型号为DCT600P/C0186的盐雾试验箱处理。评定标准依据GB/T6461-2002金属基体上金属，以及其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级。

表3 试验条件及其容差

2 试验结果与分析

高低温试验和盐雾试验后，镀层结合力强度和耐蚀性结果见表4。

为了方便分析，将表4结果数据绘制成结合力强度、48h盐雾试验评级RP和RA对于时间和温度的多变异图，见图2～图4。

由图2可以看出，热处理温度和时间对镀层结合力存在交互作用。热处理温度低于150℃时，随着热处理温度的升高、时间的延长，镀层和基体的结合力缓慢上升；热处理温度高于150℃时，随温度的升高、时间的延长，镀层和基体的结合力明显下降。

这是因为热处理过程可以消除镀层和基体间的应力，提高镀层结合力。同时，热处理还可以加速金属原子的扩散运动，温度越高，扩散运动越快，时间越长，原子间的扩散层越厚，镀层和基体的结合力越好。在合适的温度和时间下热处理使镀层和基体间形成固溶体，这种固溶体有利于镍磷合金合力大大提高。然而，因为铝和镍的热膨胀镀层与铝合金之间由原来的机械咬合转化为金属键的结合［1］，从而使镀层和基体间结系数不同，热处理温度太高，时间太长，镀层和基体间的结合力也会明显下降。

图2 温度和时间对结合力强度的影响

图3 温度和时间对48h盐雾试验Rp的影响

由图3和图4可以看出：热处理温度和时间对48h盐雾试验评级（RP/RA）存在交互作用。热处理温度低于150℃时，随着热处理温度的升高，时间的延长，镀层的耐蚀性逐渐上升；热处理温度高于150℃时，随着温度的升高，时间的延长，镀层的耐蚀性明显下降。

图4 温度和时间对48h盐雾试验RA的影响

这是因为镀层的耐蚀性主要由镀层的孔隙率和镀层表面微电池腐蚀［2］决定，热处理可以加速镀层表面氧化膜的形成，这种氧化膜能对镀层表面孔隙起封闭作用，有效隔绝腐蚀介质，从而提高镀层耐蚀性。所以在一定温度和时间范围内，随着热处理温度的升高，时间的延长，镀层的耐蚀性不断提高。然而随着热处理温度的升高，镍磷合金层中析出Ni3P相越来越多，在合金溶解时，相与基体之间形成腐蚀微电池，导致耐蚀性明显降低。

由表4数据可知，热处理参数为150℃、1.5h时（第7组），镀层结合力最好，80h高低温试验后，结合力强度为48.7MPa；热处理参数为150℃、1h时（第6组），镀层的耐蚀性最好，通过96h盐雾试验后，外观良好。

3 结论

1）热处理温度和时间对镀层结合力及耐蚀性存在交互作用。

2）铝合金表面化学镀镍层经过150℃、1.5h热处理，镀层与基体结合力最好，通过80h高低温试验后，镀层结合力强度为48.7MPa。

3）铝合金表面化学镀镍层经过150℃、1h热处理，镀层耐腐蚀性能最好，通过96h中性盐雾试验后，外观无白斑、起泡、脱皮等腐蚀现象。

［1］ 周泽翔，程海斌，薛理辉，等.改善化学镀层结合力的方法及其检测手段［J］.材料导报，2006，20（2）：80.

［2］ 张信义，邓宗钢.磷含量及热处理对化学镀镍磷合金耐蚀性能的影响［J］.表面技术，1994，23（6）：257-258.

［3］ GB/T 13913-2008金属覆盖层化学镀镍-磷合金镀层规范和试验方法［S］.

［4］ GJB150.3-1986军用设备环境试验方法高温试验［S］.

［5］ GJB150.4-1986军用设备环境试验方法低温试验［S］.

［6］ GJB150.11-1986军用设备环境试验方法盐雾试验［S］.

（编辑昊 天）

Effect of Heat Treatment on Properties of Electroless Nickel Coating of Aluminium Alloy

ZHANG Hongjuan,LIU Zhihu
（Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi'an 710068,China）

For electroless nickel coating on aluminium alloy has poor adhesion and corrosion resistance,heat treatment is adopted to improve adhesion and corrosion resistance in this paper.After high and low temperature testing,adhesion strength of coating is measured by scratch method,and corrosion resistance is checked by neutral salt spray.By comparative experiments and results analysis,it show that the effects of heat treatment temperature and time on the coating properties interact with each other.The coating had the best adhesion after heat treatment with 150℃ and 1.5h and the adhesion strength was 48.7MPa after 80h high（105℃）and low（-55℃）temperature test.The coating had the best corrosion resistance after heat treatment with 150℃and 1h,and the coating has no white spot,blister and peeling after neutral salt spray with 96h.

aluminium alloy;electroless nickel coating;heat treatment;adhesion;corrosion resistance

TG 17

A

1002－2333（2014）05－0050－03

张红娟（1985—），女，助理工程师，研究方向为机械加工工艺。

2014-02-25