铜基体上电刷镀镍工艺及镀层性能研究

摘要

本文主要在紫铜基体上分别进行了电刷镀单层快速镍镀层、单层低应力镍镀层的试验，并进行了快速镍与低应力镍三层组合刷镀及五层组合刷镀厚镍的试验。对各个镀镍层的表面形貌、截面形貌进行了观察分析；对各个镀层的厚度、显微硬度进行了测试分析；还对各个镀层进行了热处理和热震试验，并比较了纯铜、组合刷镀镍镀层和经过热处理的组合刷镀镍镀层的摩擦磨损性能。
　　 实验结果表明：单层快速镍镀层厚度随着刷镀时间的增加而增加，镀层的宏观形貌也随着刷镀时间的延长而变化，在刷镀15min之内，镀层厚度在10μm以前，镀层沉积速度较快；在镀层厚度大于10μm后，镀层沉积速度减慢；在镀层厚度在小于12.5μm时，镀层表面光亮平滑，无任何起皮、龟裂等现象出现。在刷镀到25min左右时，镀层厚度约14μm后，试样边缘局部地方开始出现毛糙和轻微脱落的现象。当刷镀时间达到35min，镀层厚度达到20μm时，镀层表面出现局部脱落和分离现象。
　　 在刷镀相同的时间后，单层低应力镍镀层厚度较快速镍镀层厚度薄，但其镀层厚度及镀层宏观形貌随刷镀时间而变化的规律相同，镍镀层的宏观形貌也在刷镀时间到达25分钟以前呈明显的镜面特征，平整光亮。当刷镀时间超过25分钟后，局部地方开始出现毛糙现象。
　　 单层快速镍镀层，经不同温度的热处理后，显微硬度值与热处理温度呈先增后减的关系，经过200℃热处理后，其镀层的显微硬度值达到峰值。当热处理温度小于200℃时，单层快速镍镀层的显微硬度值总体较未经过热处理镀层的显微硬度值略高，而在200℃之后，则其显微硬度呈明显下降趋势。此外，经200℃和500℃热震试验后，在热震次数达到45次时，单层快速镍镀层无脱落，只是随着热震次数的增多镀层表面颜色不断加深，表明镀层与基体结合良好。
　　 单层低应力镍镀层经同样的热处理处理后，其显微硬度值、宏观表面形貌以及与基体的结合强度，基本上与单层快镀镍镀层所呈现的实验结果相类似。显微硬度值在经200℃的热处理后达到最大，热震次数达到45次时，镀层与基体依然结合良好。
　　 三层组合刷镀试样，其镀层的厚度值、显微硬度值均随着刷镀总时间的增加而略有上涨，但增幅不大。其宏观表面形貌随着总刷镀时间的增加，并未出现单层镍镀层中出现的毛糙、起皮等不良现象。此外在经单层镍镀层同样的热震试验后，均未出现脱落、分离的现象，表明镀层与镀层间以及镀层与基体间的结合强度好。
　　 经五层组合刷镀试验后，镀层厚度达到50μm，但镀层宏观表面仍然均匀致密，平滑光亮，呈银色，有明显的镜面特征，无干斑、起皮、脱落等不良现象产生，截面呈明显的层片状，显微硬度达到438HV。经热200℃处理后，其显微硬度达到480HV，耐磨性相对于基体而言提高了78％，相对于未经过热处理试样提高了近50％。
　　 在电流密度，刷镀速度，刷镀电压等因素不变的情况下，对铜基体进行电刷镀厚镍层时，可采用快速镍与低应力镍交替刷镀的方式作业，每层快速镍镀层厚度不超过10μm、低应力镍镀层厚度不超过5μm，多层组合刷镀，直到达到所要求的镍镀层厚度。