第10章電鍍層性能及測定(1)

第十章

電鍍層性能及測定第一節(jié)概述第二節(jié)鍍層厚度的測定第三節(jié)孔隙率的測定第四節(jié)鍍層機械性能的測定第五節(jié)鍍層耐蝕性能測定(1)外觀檢查；(2)鍍層厚度和孔隙率；(3)機械性能；(4)耐腐蝕性能；(5)金相結構；(6)其他特殊性能電鍍層性能測定的項目主要有：第一節(jié)外觀檢查掃描電子顯微鏡是對納米材料的表面形貌以及尺寸進行表征的重要實驗手段，它突破了光學顯微鏡由于可見光波長造成的分辨率限制，放大的倍率大大提高，能夠為涂層的研究提供非常直接的證據(jù)，而且掃描電子顯微鏡的景深比大，掃描出的圖象富有立體感，提供的表面信息全面。掃描電子顯微鏡的工作原理：電子束從電子槍中發(fā)射出來，通過一個加速電場的作用后在電磁透鏡的作用下匯聚成一個直徑5nm的電子束，然后在掃描線圈作用下在樣品表面做光柵狀掃描，被加速的高能電子打在樣品表面和樣品作用后被檢測器捕獲，然后檢測器信號被送到顯像管，在屏幕上顯示出來。1.1掃描電子顯微鏡1.2X射線衍射分析多晶樣品中晶粒的取向是隨機的，但是當某個晶面滿足Bragg方程的時候，就會發(fā)生衍射，晶面上發(fā)生最強衍射的條件如下所示：2dsinθ=nλ因此會有很多的不同取向的晶粒滿足衍射的條件，這些衍射點通過照相或者計算機采集數(shù)據(jù)以后就可以得到該物種的x射線衍射譜線，然后根據(jù)圖譜中的衍射強度和數(shù)值可以判斷樣品的物相和相對含量。圖10.1納米級鎳鍍層的XRD譜線圖第二節(jié)鍍層厚度的測定2.1概述鍍層(包括電鍍、化學鍍層、磷化層、鋁陽極氧化膜等)的厚度，往往會影響到產品的使用性能(如耐腐蝕性、裝飾性、導電性)和使用壽命，以及成本等多項功能。常見的分類如下：(1)無損法和破壞法(2)化學法和物理法2.2無損法(1)磁性法；可測量磁性基體上，非磁性覆蓋層的厚度；磁性或非磁性基體上，鍍鎳層的厚度，誤差小于10%。(2)渦流法；測量非磁性金屬上非導電層的厚度。(3)β射線反向散射法；(4)x射線光譜測定法；(5)光切顯微鏡法；2.3破壞法(1)陽極溶解法；

陽極溶解測量方法，是一種使用方便、準確度高、適用廣泛的測厚方法。本方法是電化學原理在電沉積領域中的一種具體應用，它的工作原理是，配備必要的裝置，以電沉積零件做陽極置于適當?shù)娜芤褐?，對精確限定面積的涂層進行恒電流溶解。(2)金相顯微鏡法，精確度較高，常作為其他測量方法的仲裁。(3)渦流法；(4)液流法；(5)輪廓儀法；(6)多光束干涉儀法3.1測量方法將吸有一定化學試劑的濾紙貼在經過清潔處理試樣的受測表面上，孔隙處濾紙上的試劑和底層金屬作用生成有色斑點。必要時可用滴管向貼好的濾紙補加試液。使濾紙在測定時間內保持濕潤。到時間后，取下印有孔隙斑點的濾紙。用蒸餾水沖洗，放到清潔玻璃板上，干燥后計其孔隙數(shù)。試液為：鐵氰化鉀10g/L；氯化鈉20g/L。3.2孔隙率計算分別計算在測定涂層面積內藍色斑點數(shù)目，再將所得數(shù)相加。然后確定一個平方厘米內孔的數(shù)目：孔隙率=n/s(個/cm2)。

式中n-孔隙斑點數(shù)(個)s-受檢涂層面積(cm2)第三節(jié)鍍層孔隙率的測定4.1耐磨性能測試耐磨性是材料抵抗磨損的性能，這是一個系統(tǒng)性質。迄今為止，還沒有意義明確的統(tǒng)一的耐磨性指標。通常是用磨損量來表示材料的耐磨性，磨損量越小，耐磨性越高。測量電鍍層的耐磨性有很多方法。但是最直接最簡單最有效的方法是采用磨損試驗機直接測量。

硬度測試的基本原理是：在一定時間間隔里，施加一定比例的負荷，把一定形狀的硬質壓頭壓入所測材料表面，然后，測量壓痕的深度或大小。如圖所示，顯微硬度是指采用1Kgf(9.8N)或小于lKgf(9.81N)負荷進行的硬度試驗。4.2表面顯微硬度測試圖10.2顯微硬度測試原理第四節(jié)鍍層機械性能測定4.3內應力測試

宏觀內應力的測量主要采用力學方面；微觀應力采用X射線分析法。目前采用的力學方法有彎曲陰極法、剛性平帶法、螺旋收縮儀法、應力儀法、長度變化法等。

（1）彎曲陰極法彎曲陰極法是一種經典測量方法，陰極為一條長而窄的金屬箔，測量時與陽極平行放置，背向陽極一面絕緣，電鍍時一端固定。鍍層應力是通過電鍍后陰極的變形，再根據(jù)胡克定律計算即可，即應力σ=Eε，E為已知的彈性模具，ε是電鍍后產生的應變。應變可用陰極產生的撓度、自由端位移或陰極的曲率半徑來表示。（3）X射線法

X射線法既能測量鍍層的宏觀應力，又能測量鍍層的微觀應力。根據(jù)X射線的形成的衍射圖，測量有無應力兩種狀態(tài)下晶面間距的差別或點陣的畸變量來求得應力值。此時可測量出宏觀內應力。通過衍射線的展寬，可以測出微觀應力。（2）螺旋收縮儀法

螺旋收縮儀就是將試樣做成螺旋形，以增加陰極長度，從而提高測量精度。螺旋式鍍層應力測試儀是我國根據(jù)螺旋收縮法原理制造的。它是利用特種鋼材和專門工藝制成專用螺旋管。螺旋管一端固定，另一自由端與帶刻度機構的活動軸相連。當對螺旋管進行單面電鍍時，由于鍍層的應力，使螺旋軸產生扭曲，其扭曲力矩借助自由端通過放大機構，是指針旋轉，根據(jù)偏轉角度即可計算鍍層的內應力值。（a）（b）

圖10—3鍵層應力的測量方法（a）彎曲陰極法（b）螺旋收縮儀法4.4氫脆的測試

關于氫脆的研究測試方法主要包括兩方面：氫的含量和存在狀態(tài)測定；滲氫后塑性變化的測定。前者包括各種物理和化學的測氫方法，后者主要從力學性能和金屬物理方面著手。（1）氫含量的測定金屬內實際含氫量的測定，常作為氫脆研究的基本方法。測試的方法有：1）勞倫斯測氫儀法適用于高強度鋼鍍鎘過程的監(jiān)控。2）中子射線光譜法不僅能測定氫的含量，還能測出氫原子在四面體或八面體點陣間隙中的位置及氫原子在間隙中的振幅，該方法作為一種研究方法正在發(fā)展完善中。3）電化學暫態(tài)分析法可以測定氫的擴散速度、流量、擴散系數(shù)、吸附原子的覆蓋率及滲入歷程等動力學參數(shù)。（2）力學測試方法在力學測試方法中，目前常用的是缺口持久試驗法。這種方法是用帶缺口的抗拉試樣，可在持久拉伸機械機或蠕變試驗機上進行延遲破壞試驗。如果材料在大于發(fā)生氫脆延遲破壞的時間里還沒有斷裂，就認為氫脆性合格。缺口持久試驗法獲得的結果重現(xiàn)性較好，但對試樣的加工要求高，持續(xù)時間很長，不合適氫脆的生產控制，美國海軍研究發(fā)展中心發(fā)展了一種應力環(huán)試驗法。這種方法主要用于生產上的監(jiān)控，比較簡單，成本低，速度快。缺口C形應力環(huán)可以作為這種方法的代表，此法所用的試樣形狀和尺寸如圖10-4所示。試樣外徑為2英寸(約50.8毫米)，壁厚為1/8英寸(約3.2毫米)的管材，試樣寬度為1.25英寸(約32毫米)，加工成60°角的缺口。試樣由沿直徑穿過的螺栓加載，并用螺帽調節(jié)，試樣承受的載荷用應力計測量，載荷通常采用破壞載荷的75％，測試時間為200小時，200小時后，C形環(huán)不破裂為氫脆性合格。

圖10-4C行缺口應力環(huán)試樣第五節(jié)鍍層耐蝕性能測定鍍層耐蝕性測定方法有戶外曝曬腐蝕試驗和人工加速腐蝕試驗。戶外曝曬試驗對鑒定戶外使用的鍍層性能和電鍍工藝特別有用，其試驗結果通?？勺鳛橹贫ê穸葮藴实囊罁?jù)。人工加速腐蝕試驗主要是為了快速鑒定電鍍層的質量。人工加速腐蝕試驗方法有：中性鹽霧試驗；乙酸鹽霧試驗；腐蝕膏腐蝕實驗等。5.1自然環(huán)境戶外曝曬腐蝕實驗把各種金屬覆蓋層、轉化膜和其它無機覆蓋層靜止在戶外曝曬場內的試樣架上，進行自然大氣條件下的腐蝕試驗，定期觀察及測定。5.2人工加速腐蝕實驗金屬鍍層的人工加速腐蝕試驗，主要是為了快速鑒定金屬鍍層的質量，如孔隙率、厚度是否達到要求，鍍層有否缺陷等。同時也用來比較不同鍍層抗大氣腐蝕的性能。人工加速腐蝕實驗種類很多：常用的有中性鹽霧試驗(NSS)和乙酸鹽霧試驗(ASS)。圖10.3鹽霧腐蝕一周后的宏觀形貌分析圖（a.普通鎳鍍層,b.納米級鎳鍍層)ab絕大多數(shù)腐蝕過程的本質是電化學性質的，因此在腐蝕機理研究、腐蝕試工業(yè)腐蝕監(jiān)控中，廣泛地利用金屬/電解質溶液界面(雙電層)的電性質，所以化學測量技術己成為重要的腐蝕研究方法。常用的電化學方法有Tafel直線外推法、三點法、線性極化法、方波法、交流阻抗法等陽極極化曲線的測定試樣的制備：從鍍層試片上切下一塊10mm×15mm大小的試樣，在其背面焊接上一根導線，然后用AB膠封住非工作面，留下面積約為10mm×10mm大小的工作面。用脫脂棉球沾取無水乙醇輕輕的擦洗工作面除去油污，吹干待用。測量時采用三電極體系，工作電極為待測納米晶體鎳鍍層，參比電極為Ag/AgCl電極，輔助電極為