鎂合金是結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，具有很高的比強(qiáng)度、比剛度、比彈性模量及良好的抗沖擊性、可焊接性、尺寸穩(wěn)定性，并以其優(yōu)良的導(dǎo)熱性、可回收性、抗電磁干擾等特點，被譽為21世紀(jì)的“時代金屬”。這些特性使得鎂合金被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天、電子通訊等領(lǐng)域。
然而，鎂合金也是結(jié)構(gòu)材料中最活潑的金屬之一，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V。另外，由于MgO與Mg的密度比為0.81，故在自然狀態(tài)下鎂的氧化膜疏松多孔，對鎂基體沒有保護(hù)作用。鎂合金的腐蝕問題已成為制約其諸多性能發(fā)展的關(guān)鍵因素，提高鎂合金的耐蝕性勢在必行。
鎂合金的表面處理技術(shù)是目前研究得最多的一種效果好、適應(yīng)性強(qiáng)的防腐蝕手段?，F(xiàn)階段的表面處理方法主要分為表面改性和表面涂鍍層兩大類，具體包括陽極氧化處理、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、有機(jī)涂層、氣相沉積、激光表面改性及電鍍和化學(xué)鍍金屬層等。與其他處理方法相比，化學(xué)鍍鎳能夠在基體表面獲得厚度均勻、耐蝕性好、硬度高、光潔平整的鍍層，且制備方法簡單、投資成本低。另外，通過添加第二相微粒，還能夠獲得具有極佳耐磨性的復(fù)合鍍層?；诖?，化學(xué)鍍已成為鎂合金重要的表面處理方法之一。本文概述了化學(xué)鍍鎳的基本原理，簡要介紹了鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究現(xiàn)狀，并展望了鎂合金化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢。
化學(xué)鍍鎳的基本原理
化學(xué)鍍是一個異相催化的氧化還原過程，包括金屬離子的陰極沉積和還原劑的陽極氧化，是在具有催化活性的金屬表面同時進(jìn)行多個電極反應(yīng)過程的共軛體系。關(guān)于化學(xué)鍍鎳-磷合金的反應(yīng)機(jī)制有很多種看法，其中CutzeitC的催化理論為大多數(shù)人所接受。該理論具體包括：(1)鍍液加熱后，次磷酸根在催化金屬的催化作用下脫氫而形成亞磷酸根，同時放出初生態(tài)原子氫;(2)初生態(tài)原子氫被吸附在催化金屬表面，將鍍液中的鎳離子還原，在催化金屬表面沉積形成金屬鍍層;(3)催化金屬表面的初生態(tài)原子氫使次磷酸根還原成磷，同時由于催化作用使次磷酸根分解，形成亞磷酸和分子態(tài)的氫;(4)鎳原子和磷原子發(fā)生共沉積，進(jìn)而形成鎳-磷合金鍍層。
化學(xué)鍍鎳是在無電源條件下用還原劑(如次磷酸鈉)從化學(xué)鍍液中將鎳離子催化還原為金屬鎳，并沉積到零件表面。沉積在零件上的鎳對化學(xué)鍍反應(yīng)也具有催化作用，一旦反應(yīng)開始，該反應(yīng)就會持續(xù)進(jìn)行下去，直至鍍層達(dá)到所需厚度為止。
鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝的研究進(jìn)展
1、前處理工藝
鎂合金在化學(xué)鍍之前必須進(jìn)行嚴(yán)格有效的前處理，以除去基體表面的油脂、污垢和氧化層，并使基體表面生成一層保護(hù)膜，同時還應(yīng)確保處理后的基材對化學(xué)鍍有一定的催化作用。前處理是鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝中的關(guān)鍵步驟。在基本的施鍍條件下，前處理工藝的好壞決定了化學(xué)鍍反應(yīng)能否在鎂合金表面以合理的速率發(fā)生，也決定了化學(xué)鍍層與鎂合金基體間結(jié)合力的好壞。
近來，不少學(xué)者對鎂合金直接化學(xué)鍍鎳的前處理工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并取得了不錯的效果。王建泳等介紹了一種一步酸洗活化工藝，能夠在簡化操作工藝的同時提高化學(xué)鍍鎳層與基體間的結(jié)合力。其工藝配方為：H3BO330g/L，NH4HF240g/L，H3PO4(w=85%)60mL/L，25s。周婉秋等采用“兩步”電鍍鋅作為化學(xué)鍍鎳層與基體的中間層，能夠提高鍍層與基體間的結(jié)合力，并改善鍍層的耐電偶腐蝕性能。王福會等采用錫酸鹽轉(zhuǎn)化膜作為鍍層與基體的中間層，再經(jīng)SnCl2敏化、PdCl2活化和還原劑還原后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。所得鍍層的陽極極化曲線具有明顯的鈍化區(qū)間，表明其具有良好的耐蝕性。WangXJ等則開發(fā)了一種以磷酸鹽和高錳酸鹽為主的環(huán)保型一步酸洗活化工藝，處理后在鎂合金表面形成了一層均勻、細(xì)致的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，經(jīng)化學(xué)鍍鎳后鍍層的致密性和結(jié)合力均得到了明顯的改善。
2、化學(xué)鍍鎳工藝
LiuZM等分別在純鎂、AZ31和AZ91鎂合金表面化學(xué)鍍鎳-磷，并研究了沉積速率、形核過程及初始形核機(jī)制。結(jié)果證實了基體對化學(xué)鍍的初始沉積過程有較大的影響。任晨星等和AmbatR等也對AZ系鎂合金化學(xué)鍍鎳的初始沉積機(jī)制進(jìn)行了研究，證實了在鎂合金化學(xué)鍍鎳的初始沉積過程中鎳核的形成和長大受基體中不同相結(jié)構(gòu)和相分布的影響較大。
關(guān)于鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝改進(jìn)方面的研究也較多。GaoXL等研究了不同配位劑對鎂合金化學(xué)鍍鎳的影響，并發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下采用檸檬酸、丁二酸和氨基乙酸作為混合配位劑時，可以獲得致密、完整的鍍層，而且這三種配位劑對鍍液的質(zhì)量存在明顯的協(xié)同效應(yīng)。LiJZ等則在以硫酸鎳為主鹽的鍍液中研究了三種不同的緩沖劑Na2CO3，Na2B4O7和CH3COONa對化學(xué)鍍鎳的影響。結(jié)果表明：Na2CO3可以增加鍍層的長大速率，且所得鍍層具有低磷、低孔隙率和高耐蝕性等優(yōu)點。
CheongWJ等研究了TU和MA兩種穩(wěn)定劑對鎂合金化學(xué)鍍鎳層耐蝕性的影響。結(jié)果表明：采用穩(wěn)定劑MA制得的鍍層具有更好的耐蝕性。這可能是因為采用TU作為穩(wěn)定劑制得的鍍層中含有大量的微粒邊界和微量的硫磺雜質(zhì)。
3、后處理工藝
鎂合金化學(xué)鍍鎳的后處理工藝主要包括鍍后熱處理及鍍層的鈍化與防變色處理。鍍后熱處理是為了消除氫脆、提高鍍層硬度，并改善鍍層與基體間的結(jié)合力。鎂合金化學(xué)鍍鎳后的熱處理可參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4527—1987或國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13913—2008。而目前對于鎂合金化學(xué)鍍鎳后的封孔處理技術(shù)的報道較少，可參照其他基材化學(xué)鍍鎳后的封孔工藝。除了傳統(tǒng)的鉻酸鹽封孔工藝之外，可以在化學(xué)鍍鎳-磷后采用有機(jī)涂料封孔以降低鍍層的孔隙率，但有機(jī)涂料封閉的表面易破碎、脫落，而且使用溫度不能高于120℃。俞宏英等自行開發(fā)了一種以鉻酸鹽為主、含有醇類化合物和促進(jìn)劑的封孔液，并采用涂膏法對封孔前、后鎳-磷合金鍍層的孔隙率進(jìn)行了測定。結(jié)果表明：鍍層經(jīng)封孔后孔隙率大幅降低，并且耐蝕性得到了明顯的改善。朱立群等利用TiO2和TiO2-SiO2溶膠-凝膠法對化學(xué)鍍鎳層表面進(jìn)行封孔，顯著提高了鍍層的耐蝕性。孫志明在對國外的硅烷偶聯(lián)劑封孔技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，研制了新型的有機(jī)硅-丙烯酸樹脂復(fù)合的二次封孔工藝。二次封孔后鍍層在海水中的極化電阻顯著增加，耐蝕性得到了大幅提高。
鎂合金化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢
目前對鎂合金化學(xué)鍍鎳的研究主要集中于機(jī)制和基礎(chǔ)工藝方面，而在實際工業(yè)生產(chǎn)方面還存在很多亟待解決的問題，如工藝的穩(wěn)定性、鍍液成分變化及鍍液的排放問題等。
在實際生產(chǎn)中，化學(xué)鍍的工藝參數(shù)對鍍層的質(zhì)量影響較大，因此，保持鍍液穩(wěn)定是保證鍍層質(zhì)量的關(guān)鍵。鎂合金化學(xué)鍍鎳的前處理和化學(xué)鍍工藝的影響因素較多，而鎂合金自身表面活性大，在生產(chǎn)過程中極易發(fā)生二次氧化，使表面狀態(tài)不均勻，因此，需要開發(fā)穩(wěn)定性更強(qiáng)的化學(xué)鍍工藝。
鎂合金化學(xué)鍍液的成分對鍍層的質(zhì)量也有很大影響。在化學(xué)鍍鎳過程中由于合金的沉積，不可避免地會造成主鹽和還原劑的質(zhì)量濃度降低，或使鍍液中的成分發(fā)生副反應(yīng)生成絮狀雜質(zhì)，從而影響鍍層的質(zhì)量和表面粗糙度。因此，在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)盡可能實現(xiàn)計算機(jī)控制參數(shù)的變化，使鍍液成分和鍍覆參數(shù)保持在最佳的范圍內(nèi)，從而保證鍍層均勻、性能一致。
目前鎂合金化學(xué)鍍鎳工藝中使用了一些腐蝕性和毒性較強(qiáng)的成分，廢液的排放會對環(huán)境造成一定的影響。一方面，需要開發(fā)有效的鍍液維護(hù)方法，從而提高溶液的使用壽命和周期，使其再生性能提高，使用效率達(dá)到最大化，最終降低鎂合金化學(xué)鍍鎳的技術(shù)成本;另一方面，隨著環(huán)境問題的日益關(guān)注，開發(fā)無污染成分的鍍液及有效的廢液處理方法也是鎂合金化學(xué)鍍鎳的發(fā)展趨勢。