镁合金化学镀镍工艺的研究综述

（西北民族大学化工学院）

摘 要：由于镁合金和铝合金是轻质工程材料，并具有许多优良性能，如密度小，强度高，易于压力加工等特点，在军工、汽车、航空航天，摩托和电子通讯等行业中得到广泛的应用，成为一种常用的结构材料。本文综述镁合金化学镀镍工艺的研究进展及其最新技术。

关键词：镁合金；镀镍；进展

镁合金的性质镁合金是一种轻质合金材料，是最轻的结构工程材料，具有优异的减震以及导热性能，对电磁干扰具有优良的屏蔽作用，并可回收利用。镁合金具有许多这些优良的物理和机械性能，能够满足各行各业应用的要求，与目前的其它的主流材料相比，具有如下几个独特的优点：

（1）镁的密度是1.74g·cm3，作为常用金属材料中最轻的一种工程金属材料，很适合制造壳体类制品；镁合金的密度约为铝的2/3，钢铁，锌的1/4左右。同样的零部件，锡制品的质量是镁合金制品的三倍，钢制品是镁合金制品的两倍。这一特性能够极大地推动轻型手提类产品的发展以及降低车辆等机械的耗能。

（2）机械加工性能以及热成型性能优异。易于加工且长期使用不易变形。镁合金特殊的晶体结构使Mg合金具有特殊的机加性能。

（3）可回收。废旧镁合金铸件可再熔化，并作为AZ91D，AM60或AM50的二次材料进行铸造。这种特点即符合环保要求，又使其比塑胶等材料更具有吸引力。镁合金可再生利用的特性不仅节约大量资源，還符合环保要求。

（4）比强度高和比刚度大。镁合金的比强度不仅高于某些高强度钢，甚至比铝合金高。在同等刚性条件下，1kg镁合金的坚固程度等于18kg铝和2.1kg钢。镁合金具有较高的比强度高和比刚度。

（5）镁合金比铝合金有更大的承受冲击载荷的能力，能量衰减系数大。在35～100MPa应力下，镁合金的衰减系数是铝合金的15～25倍，可以作为汽车方向盘及所有转向系统的理想组成材料。镁合金具有极佳的减震性能，是汽车和摩托车等交通工具理想的材料。

（6）电磁相容性。采用镁合金制造电子产品外壳比现用的塑料有一个很大的优势，就是镁合金本身是导体，不需要进行导电处理，具有良好的屏蔽效果，因此可用作可移动的设备中（如笔记本电脑，通信移动设备的壳体等），而塑料壳体制造这样的设备需要做导电处理，增加制造的成本。另外，镁合金还具有抗疲劳，防磁和抗裂纹的特点。镁合金的具有高的电磁屏蔽性能，是手提电脑，移动通信设备壳体的理想材料。

由于镁是一种很活泼的金属。在空气中镁表面极易形成氧化层，使得镁合金化学镀镍非常困难，因此需要在化学镀前予以去除。然而镁合金氧化的速度很快，，在空气或溶液中几秒钟就能被氧化而生成一层无结合力的氧化膜，因此，在对镁合金进行化学镀之前，必须先进行表面的前处理以获得一层保护性膜层。镁合金具有活泼的化学性质，比较容易腐蚀和氧化，因此，裸露的镁合金很难满足人们的各种需求，需要对镁合金进行处理加以保护。最常见的保护镁合金的方式是在镁合金表面形成一层保护膜，这层膜要耐腐蚀，保护镁合金不被腐蚀。镍的抗氧化和耐腐蚀性能都很优越，在镁合金表面镀一层镍可以很好地保护镁合金工件，要想得到理想的镀层，最重要的就是采用适当的前处理过程。Mg合金化学镀镍前处理包括机械打磨、有机物除油、碱洗除脂、酸性浸蚀、活化、预浸中间层等步骤。前处理对镁合金化学镀镍特别重要，尤其是酸洗、活化和浸锌是前处理过程中的关键步骤。目前镁合金化学镀的研究也主要集中在前处理工艺上。按前处理的不同来划分可以把镁合金化学镀镍主要分为两种：

（1）浸锌法工艺，其主要的工艺流程是：清洗→浸蚀→活化→浸锌→氰化镀铜→化学镀镍。浸锌法工艺最早由Dow公司提出，以后对该工艺进行了许多改进。浸锌法得到的镀层结合力好，但工艺比较繁琐复杂，同时使用了剧毒的氰化物，对环境污染严重。此后，研究者对其进行了适当的改进，但是这些改进的方法仍然没有去除浸锌与氰化物镀铜步骤，无法从根本上解决氰化物污染的问题。

（2）直接化学镀镍，这个工艺最早也是由Dow公司开发的，直接化学镀镍的流程为：碱性清洗→酸性浸蚀→氟化物活化→化学镀镍[1]。碱性清洗的目的是为了除油，同时使镁合金的表面氧化膜发生转变，使其由MgO膜转变为Mg（OH）2膜，从而使镁合金钝化，防止其再次形成氧化膜。直接化学镀镍工艺操作简单，效果良好，简化了含氰化物镀铜的电镀步骤，它的特点是经过活化后不浸锌和氰化物镀铜就直接化学镀镍。

在镁合金镀前处理中，酸洗作为较为重要的一步工艺，其目的是为了去除镁合金表面的油、脂、表面氧化物等，平整镁合金表面，使镁合金基体裸露，形成易于除去的氧化物的腐蚀点，加强机械互锁作用以提高结合力。酸洗液的选择需要考虑多个方面，如镁合金的类型、考虑污物的种类、允许的尺寸公差和表面的要求。镁合金酸洗通常采用硝酸铁、铬酸，铬酸-硝酸，铬酸-硝酸盐或磷酸盐洗液处理，这类处理可获得良好的耐蚀性以及美丽的外观。

含铬酸洗工艺李英[2]等人对镁合金采用三种配方的酸洗：（1）HNO3（68%）110cm3·dm-3，CrO3125g·dm-3，温度：室温；（2）KF3.5g·dm-3，CrO3180g·dm-3，Fe（NO3）3·9H2O40g·dm-3，温度：18～38℃；（3）KF1g·dm-3，CrO3200g·dm-3，温度：室温。对镁合金酸洗后进行化学镀镍，在利用配方（2）和配方（3）酸洗后的试样化学镀镍后虽然表面光滑，但在5%NaCl溶液中浸泡后，试样表面均有不同程度的起皮现象，而用配方（1）酸洗的试样表面则没有起皮现象。杨金花等[2]先用CrO3+HNO3酸洗，对酸洗液中的影响因素进一步研究表明，镁合金基体表面光亮，镀层耐蚀性好，镀速良好。酸洗的最佳工艺为：CrO3240g·dm–3，HNO340cm3·dm–3，酸洗时间30s。但是，镀液还有铬酸会对环境造成很大的危害。王超等[3]采用由CrO3、HNO3和H3PO4组成的混合液对Mg-Zr铸造合金进行酸洗，最后又采用K2Cr2O7和CrO3对镀层进行钝化处理，最终得到化学镀镍的镀速快、镀层均匀、孔隙率低，基体结合力强、耐蚀性高的镀层。李建中等[4]也采用类似的配方研究了镁合金化学镀镍工艺，该工艺采用“两步”化学镀镍法，在直接化学镀镍4min后可以实现以硫酸镍为主盐的第二步化学镀镍，得到的镀层为表面光亮，耐蚀性良好，结合力好的高磷非晶态镀层。由于镁合金的化学性质比较活泼，在含铬酸洗液中酸洗，在镁合金基体上会形成无数的微电池，从而使镁基体表面形成网孔结构，同时MgCr2O7，Mg（NO3）2和H2等产物部分附着在网腔内，在镁基体与镀层之间形成夹杂层，使镀层结合力下降。因此，为了使镀层与基体之间结合紧密必须尽可能地消除过渡层。

参考文献

[1]许振明，徐孝勉.铝和镁的表面处理[J].上海：上海科学技术文献出版社，2005，8-9.

[2]林碧兰，卢锦堂，孔纲.钼酸盐后处理提高热镀锌上磷化膜耐蚀性的探讨[J].腐蚀与防护，2007，28（8）：396-399.

[3]余刚，刘云娥，胡波年等.镁合金焦磷酸盐镀铜工艺的研究[J].湖南大学学报，2005，32（4）：77-81.

[4]孙雅茹，吴狄，刘正.铸镁合金AZ91表面化学氧化膜的研究[J].表面技术，2004，33（3）：43-44.

作者简介：郑忠 男，四川省巴中人，本科在读，就读于西北民族大学化学工程与工艺专业。