镁合金(AZ91D)表面锡基巴氏合金镀层和镍—锡—镍镀层的研究

摘要

镁合金具有众多的优良性能,并且镁资源储量丰富,因此镁合金在当今的航天,军事,汽车,电子和通信等领域逐渐得到了广泛的应用,并且随着开采技术的不断提高及生产成本的降低,全世界范围内对镁合金的需求量都逐年增加。镁合金的很低的耐磨性和耐腐蚀性能严重制约了其广泛应用。本文以AZ91D镁合金为基材。利用化学镀和热浸镀相结合的工艺方法在基体表面分别获得镍-锡基巴氏合金镀层和Ni-Sn-Ni三层镀层结构,并检测了这两种镀层的表面与截面形貌、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能和镀层结合力。
　　 利用短时间碱式碳酸镍为主盐的化学镀工艺在镁合金表面获得热浸镀过渡层,保护试样在使用NH4Cl与ZnCl2为助镀剂的助镀过程中不被腐蚀,并能防止镀层被氧化提高镁合金表面与金属液的润湿性。在热浸镀纯锡层表面,利用以硫酸镍为主盐的化学镀镍工艺获得了Ni(P)层构成三层镀层结构。以硫酸镍为主盐的化学镀镍工艺具有成本低,镀液稳定性高的优点。
　　 在镁合金表面获得的镍-锡基巴氏合金镀层表面平整,无明显缺陷。利用SEM与XRD分析显示锡基巴氏合金镀层表面弥散着多种金属固溶体,镀层总厚度达到40μm左右。显微硬度检测显示镀层表面的不用区域硬度有较大差别。摩擦磨损试验结果表明镀层比镁合金基体有一定的减摩耐磨性能,20分钟的摩擦试验合金层没有被磨穿,但磨痕区域出现明显的塑性变形和金属滑移现象。根据磨痕轮廓的检测结果估算出不同载荷下镀层的磨损率,相比镁合金镀层的磨损率显著减小,表明镀层具有良好的减磨性能。72小时的盐雾试验对镀层表面没有造成明显的腐蚀痕迹,表明镀层具有很好的耐腐蚀性能。划痕试验表明锡基巴氏合金镀层与过渡层之间有良好的结合力。
　　 利用热浸镀与化学镀相结合的工艺,在镁合金表面获得的Ni-Sn-Ni三层镀层。镀层的总厚度为35μm左右。显微硬度显示最外层的Ni(P)层的硬度达到了403.3HV,有效的提高了基体表面的硬度。摩擦磨损试验中,镀层的摩擦系数曲线在不同的载荷下呈现出明显的规律性,开始阶段镀层的减磨效果显著,之后摩擦系数快速上升,不同载荷下最终的摩擦系数下稳定在0.8左右,表明镀层长时间摩擦后失去减磨效果,但镀层的磨损率相比AZ91D镁合金和锡基巴氏合金镀层表面的磨损率都显著减小,表明Ni-Sn-Ni镀层有明显的减磨效果。72小时盐雾试验后镀层表面的没有明显的腐蚀痕迹,显示镀层的有很好的耐腐蚀性能。镀层结合力试验表明最外层的Ni(P)层与锡层的结合力较弱。
　　 本文的研究结果显示,利用热浸镀和化学镀工艺相结合的方法,设备少成本低,可以在镁合金表面获得的金属镀层具有优良的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能是镁合金表面改性的一种有效方法。