杂质铜离子对电镀镍层组织形貌及耐蚀性的影响

目的 研究电镀镍液中存在的铜离子杂质对电镀镍层微观组织和耐蚀性能的影响.方法 以五水合硫酸铜的形式向电镀镍液中加入不同质量浓度(5、10、30 mg/L)的铜离子杂质,并以初始配制的电镀镍液(0 mg/L Cu2+)为空白组对照.选用低电流密度(0.5 A/dm2)在Q235钢上电镀镍层,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学分析技术对电镀镍层的表面微观形貌、晶体织构、表面各元素化学态信息及耐蚀性能进行表征和分析.结果 随着电镀镍液中铜离子浓度的增加,镍层的颜色逐渐变灰,外观质量降低.当电镀镍液中铜离子的含量在工业容忍度范围内时(≤10 mg/L),镍层的颜色较为光亮,晶粒尺寸较小且均匀.当铜离子的浓度大于工业容忍度时(>10 mg/L),晶粒开始变得粗大,且尺寸不均匀.镍晶的生长方式并未改变,仍以螺旋位错的方式进行生长.镀液中存在的铜离子改变了镍晶体的结构,主峰的衍射角度向大角度发生偏移,半峰宽逐渐变大,晶面间距减小,同时影响了镍晶体的择优生长取向,晶粒逐渐由(111)和(200)面转为(111)和(220)面生长.XPS测试结果 显示,铜离子浓度的增加导致镍的析出效率降低,铜离子在镍层中析出,并以单质铜和氧化铜的形式存在于镍层中.电化学测试结果 表明,电镀镍液中存在的铜离子降低了镍层的耐蚀性能.当铜离子的质量浓度从0 mg/L增加至30 mg/L时,镍层在质量分数为3.5％的NaC1溶液中的开路电位(OCP)逐渐降低,自腐蚀电位由?0.487 mV降至?0.547 mV,自腐蚀电流密度由7.8989μA/cm2增加至17.316μA/cm2.电化学阻抗模值和相位角变小,电荷转移电阻(Rct)由1798?·cm2减小至851?·cm2.结论 在瓦特液中,微量铜离子杂质会导致镍结晶粗大,镀层外观灰暗.镍层中的杂质铜原子会引起一定程度的晶格畸变,使晶格常数变小,晶粒生长择优取向发生改变.随着铜离子杂质浓度的增加,电镀镍层在质量分数3.5％的NaCl溶液中的自腐蚀电流密度增大,阻抗值相应地降低,抗腐蚀性能下降.