第３７卷第５期山东大学学报（工学版）
２００７年１０月
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文章编号：１锄．，％“２０昕）晒旬１∞－０５
铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
孙从征１，管从胜１，秦敬玉２，程川２
（１．山东大学化学与化工学院．山东挤南２３００６１
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２．山东大学材料科学与工程学院，山东薪南２５００６１）
摘要：针时质子变换膜燃料电池双极板的需要，以铝合空为基体材料，采用碱性和酸性盟溶液体系化学镀镍磷合金．采用电子探针方法测定了镀层中镍磷含量，ｘ衍射方法研究了热处理对镀层结构的影响，伏安法研完了热处理对镀层耐蚀性的影响试验结果表明，热处理晴显彰响镀层的结构和耐蚀性，对于ｐ含量为１２．１％（质量）的镍磷合金镀层，经过２００—２５０℃热赴理后，晶化不明显但耐蚀等性能明显改善，可以用作质子变换膜燃料电池赋极板关键词：铝舍垒；镍磷告垒；性能
中图分类号：Ｔｃｌｌ３，１２；ＴＧｌｌ５２３；ＴＱｌ５３
文献标志码：Ａ
ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓＮｉ—Ｐａｌｌｏｙ
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（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎ６ｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＳｈａｎｄｏａｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉＩｌａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉ－Ｐｅｌｅｃｔｗｌｅｓｓｃｏ．ｔｉｎｓ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；Ｎｉ—Ｐａｌｌｏｖｃｏａｔｉｎｇ；ｐｅｄｏｒｍａｎｅｅ
料的研究热点Ⅲ，ＰＥＭＦＣ的工作环境为８０℃左右，
０引言
铝合金因其较低的密度，优良的导热导电性，较
高的比强度和易加工成型等优点而得到广泛应用，
ｐＨ值＝３～４，含有１～５ｘ１０。ｍｏｌ／Ｌ的微量ｓＯｊ’和Ｆ一１２１，这要求舣极板材料具有良好的机械强度、耐
酸腐蚀性、耐热性和电性能等．目前，双极板材料主
要有碳板、石墨一树脂复合材料和金属等“１．碳板成本较高，机械强度差，孔隙率高，致使双极板电堆成
近几年成为质子交换膜燃料电池（ＰＥＭ咒）双极板材
收璃日期：２００６－１０－３１＿
基金项目：山东省博士基金项目（０８１３ＳＩ．７，８）
作者简介：孙从征（１蚰１．），用．山东郓城＾，酿士研究生，从事金属腐蚀与防护研究
Ｆ．－ｍａｉｌ：ｍｍｃｓ＠ｍ＾∞
万方数据
第５期
孙从征，等：铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
１０９
本高、比能量低和可靠性低；石墨一树脂复合材料的碳纤维使流场的精确度比较差，碳纤维与树脂材料之间界面存在孔隙导致燃料可渗等，导致双极板制作的技术难度很大；金属材料主要是不锈钢等，不锈钢密度太大，且在ＰＥＭＦＣ环境中易氧化，致使电池
堆过重，导电和导热性降低”１．铝合金不存在上述
的各种问题，但其耐蚀性和耐磨性较差，且表面有一层致密的氧化膜，增大了接触电阻。大大降低了燃料
电池的性能为了改善铝合金的性能，常采用相应的
表面处理化学镀镍磷合金不仅可以提高铝合金的
抗蚀性、耐磨性和硬度，而且可以改善其焊接性能
等”】，是铝合金理想的表面改性技术之一．热处理可
以改善镀层的硬度、结合强度、耐磨和耐蚀性能等９】，针对ＰＥＭＦＣ双极板需要，以铝合金为基体，采
用碱性和酸性双溶液体系化学镀镍磷合金，在镀层热处理的基础上研究了镀层结构和耐蚀性以及镀层中镍磷含量．
１
实验
１．１实验材料
实验材料用铝合金为３５６，各元素含量示于表１．
・
表１铝合金的组成
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１．２化学镀工艺流程
铝合金试样一除油一水洗一酸蚀一水洗一一次浸锌一水洗一退锌（１：１硝酸）一水洗一二次浸锌一
水洗斗碱性镀镍一水洗一酸性镀镍斗水洗斗晾干—一眭能测试．
１．３实验仪器
ＥＰＭＡ一１６００／１６１０型电子探针，且即珊ｍ型液态
金属Ｘ射线衍射仪，ＬＫ９８Ａ微机电化学系统．
２实验结果和讨论
２．１化学镀镍磷合金
铝合金表面有一层致密的氧化膜，增大了化学镀的难度．氧化膜不仅影响镀层的结合力，而且还容
易导致涂层起泡、脱皮和增大孔隙率等．通过大量试
验得到了理想的化学镀溶液配方和工艺参数，见
表２．
万
方数据’
表２化学镀溶液配方和工艺参数
Ｔａｂｌｅ２
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溶液组成及指标
工艺参数
碱性镀液
酸性镀液
铝合金化学镀镍磷合金工艺中浸锌是关键步骤之一，试验发现采用一次浸锌时，不仅置换锌层比较
采用二次浸锌工艺可以获得比较理想的救果。必要时可采用三次浸锌处理．
采用碱性和酸性双镀液体系，碱性预镀镍，既可以避免浸锌层过度溶解而失去保护作用，又可以避免锌离子污染酸性镀液．预镀镍层不宜太厚，关键是致密性，一般施镀３—５ｍｉｌｌ即可．
２．２镀层中镍磷含量测定
采用电子探针分析镀层中Ｎｉ和Ｐ元素的含量，
实验结果示于表３．
表３镀层中Ｎｉ和Ｐ的含量
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元素
质量分数，％
原子分数ｔ％
ＮＯ．１ＮＯ２平均
ＮＯ．１ＮＯ
２平均
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６９６
７５８
７２７３６７
４００
３８４
从表３中看出，镀层中Ｐ含量约为１２．１％（质量）或２０．５％（原子）有关资料显示ｕ０１，当Ｐ含量为１２％（质量）时，镀层具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性，盐酸腐蚀速率（１０｝ｔｍ／ａ，耐盐雾腐蚀时间超过
＞１５００
ｈ，而且电性能测试具有较低的电阻率和相
当稳定的接触电阻，完全可以用作质子交换膜燃料
电池双极板．另外，从镍磷合金相图中看出““，磷含
量为１２．１％（质量）的镍磷合金接近共品点组成，性
能稳定．
２．３热处理对镀层结构的影响
Ｘ射线功率发生器为４０
ｋＶ
ｘ
２５
ｍＡ，曝光时间
为２０ｓ．升温速度为４０。Ｃ／ｍｉｎ，测定温度分别为
粗糙，而且有时覆盖不完全和基体表面出现夹杂物，
１１０山东大学学报（工学版）
第３７卷
＿＿＿＿＿＿＿－＿－——●－●●＿Ｉ＿＿＿－＿＿●●＿＿＿●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－—＿———●－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿＿＿－－●＿＿’＿＿＿＿＿＿＿＿＿－＇＿—’＿＿－——————————————
一
２０℃．２００℃，３００
ｑｃ，４００℃和６００℃，每个测定温度
点恒温５ｍｉｌｌ后测定，实验所得衍射谱示于图１．
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２谢（‘）
图１
Ｎｉ—Ｐ合金镀层不同温度的ｘ射线衍射谱
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从图１中看出：（１）Ｎｉ．Ｐ合金在２０℃时为理想的非晶态结构，反映的是未经过热处理的镀态结构；（２）当温度升高到２００℃时，衍射曲线上开始出现
小峰，这说明温度升高使Ｎｉ—Ｐ合金由亚稳的非晶态
逐渐向晶态转变；（３）随着温度的不断升高，衍射峰
变得越来越尖锐，说明晶化过程越来越明显，当温度升至６００℃时，镀层已呈现明显的晶态结构．
根据镍磷合金相图“”，晶化产物可以分为两
种：一种是体心四方结构的ＮｉｊＰ，另一种是面心立
方结构的Ｎｉ固溶体，但这并不能肯定镀层的晶化产
物一定为Ｎｉ和Ｎｉ３Ｐ．将Ｎｉ，Ｎｉ３Ｐ和镀层６００℃的衍
射谱绘制在同一图上，如图２所示
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图２６００＋ＣＮｉ—Ｐ合金衍射谱与Ｎｉ，№Ｐ衍射谱的比较
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Ｎｉ，Ｎｉ３Ｐ
从图２中看出，６００℃Ｎｉ．Ｐ合金衍射谱与Ｍ，Ｎｉ３Ｐ衍射谱相吻合，因此可以认为６００℃镍磷合金
镀层的结构晶相分解为Ｍ和Ｎｉ，Ｐ．
万
方数据２．４热处理对镀层耐蚀性的影响
取同一批试样分别经过１５０℃，２００℃，２５０℃，
３００口ｃ和３５０℃温度热处理２ｈ，然后测试腐蚀电位和电流．测试以石墨作辅助电极，甘汞电极做参比电
极。测试样品面积为１３０口ｎ２，电解质溶液ｐＨ值；
４
Ｏ（硫酸调节）的蒸馏水，扫描速度２０ｍＶ／ｓ，电位增
量１．０００ｍＶ，测试结果示于图３．
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第５期孙从征，等：铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
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∞３５０℃
图３Ｎｉ－Ｐ合金不同温度热处理后占一ｋ，曲线
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Ｅ—ｋｆ㈣０ｆＮｉ・Ｐ
ａｌｌｏｙａｆｔｅｒ
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ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔ口ＩⅢｅｒａｈ一
从图３可以看出，各曲线都相当平滑，因此可以判断，镀层的孔隙率较低，不存在漏镀的现象．
将所得曲线进行塔菲尔外推法处理，可得不同
温度热处理的Ｎｉ．Ｐ合金在ｐＨ值＝４．０的蒸馏水环
境中的自腐蚀电流ｋＪ一，ｌｇ，一大小可以反映镀层的
腐蚀速率，１９，一随热处理温度的变化曲线示于图４．
万
方数据图４
Ｎｉ—Ｐ合金ｋ，一与热处理温度￡的关系（ｐ｝ｆ值＝４．０）ＦＩｇ４Ｒｅｂ由Ｔ出ｐｏｆＮｉ－Ｐａｌｌｏｙｋ，一ａｎｄｈｅａｔ眦且扫Ｔ时ｎ
ｋｍｐｅｒａ扛ｌｍ（ｐＨ＝４０）
从图４中可以看出：（１）当热处理温度在１００～
２００℃时，腐蚀速率维持在一个较低的水平并随热
处理温度而缓慢降低镀层经该温度范围的热处理，
由于应力释放和氢的去除，能够明显改善耐蚀性．
（２）２５０—３００℃的热处理使镀层耐蚀性急剧恶化，这是因为镀层结构开始由非晶态向晶态转变，由前面论述可知镀层中析出大量Ｎｉ，Ｐ，出现晶界、相界、亚晶界、位错等晶体缺陷析出的Ｎｉ，Ｐ形成原电池
的阴极，Ｎｉ固溶体为阳极，二者构成腐蚀微电池，加速了镀层的腐蚀．另外，位错等缺陷造成了镀层很高的内应力，导致微裂纹形成．（３）当热处理温度高于
３００℃时，腐蚀速率随着热处理温度的升高而下降．这是因为在较高温度下，随着热处理温度升高，Ｎｉ３Ｐ
聚集粗化，电化学腐蚀微电池的数量逐渐减少，而且镀层和铝合金基体之间也发生互相扩散，在界面处形成扩散层，这些因素有助于耐蚀性的提高¨０１．（４）在２５０～３３０℃时，镀层的腐蚀速率维持在一个较高
的值，为高腐蚀热处理温度区．
另外，腐蚀电位也能反映镀层的耐蚀性能．一般说来，腐蚀电位越负，材料的耐蚀性能越差．从图３曲线环可以得到祚ｐＨ信＝４．０的蒸馏水环境中的
腐蚀电位Ｅ一随热处理温度变化的曲线，曲线示于
图５．
从图５可以看出，当热处理温度低于２５０℃时，
腐蚀电位随着热处理温度的升高而下降，在２５０℃
时达到最大值；当热处理温度高于２５０℃时．腐蚀电
位叉随着热处理温度的升高而升高．由此可见，镀层
的耐蚀性也随着热处理温度的升高，呈现先降低后
又升高的现象，这一点与ｋ，一随热处理温度变化规
律基本吻合，原因也是一样的．
】Ｊ２
山东大学学报（工学版）
第３７眷
之０时
图５
飚５Ｎｉ．Ｐ合金Ｅ一与热处理温度ｔ的关系（ｐＨ值＝４．０）
ＲｅＩａｔｉ㈣帅ｏｆＮｉ—Ｐａｌｌｏｙ
Ｅ—ａｌｌｄｌｌｅ日ｔ№㈣
”ｐ。日ｔＬＩｒｅ（ｐＨ值＝４
Ｏ）
由上述分析可知，从镀层的晶化温度到晶化结
束的温度（２５０～３３０℃），为高腐蚀热处理温度区．在实际应用当中，对镀层的热处理，要避开这个温度区间．另外，当热处理温度超过３００℃时，虽然随着热
处理温度的升高，镀层耐蚀性又开始逐渐提高，但是
镀层氧化的程度也越高，同样会影响镀层的耐蚀性能．因此，对于铝合金上化学镀镍磷合金，在进行热
处理时，温度应控制在２００—２５０℃范围内，可以通过适当延长热处理时间达到预期效果．
３结论
（１）Ｐ含量为１２１９０（质量）的镍磷合金镀层，当热处理温度低于２５０℃时，晶化不明显．晶化程度
随着热处理温度的升高而增大，温度达到６００℃时
镀层呈现明显的晶态结构，品相分解为Ｎｉ和Ｎｉ，Ｐ．
（２）镍磷合金镀层的耐腐蚀性能与热处理温度有关。当温度低于３００℃时，腐蚀速率随着热处理温
度的升高『『ｉｉ增大，当高于３００℃时，腐蚀速率反而随着热处理温度的升高而下降，在３００℃时，腐蚀速率达到虽大值２５０～３３０℃为镍磷合金镀层的高腐蚀热处理区．
（３）为了改善镀层硬度、结合强度、耐磨和耐蚀
性能，热处理时应避开高腐蚀热处理区，控制热处理温度为２０１）。２５０℃．经该温度区热处理后镀层耐蚀性能得到极大的提高．
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ｓ帅ｃｈⅡｅ舡Ｍｙｓｉｓ
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ｍａｋ越［Ｍ］．１ｌｅｉＪｌＩＩｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒ＊，１９８３＇
（编辑：陈燕）
铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
作者：作者单位：
孙从征， 管从胜， 秦敬玉， 程川， SUN Cong-zheng， GUAN Cong-sheng， QIN Jing-yu， CHENG Chuan
孙从征,管从胜,SUN Cong-zheng,GUAN Cong-sheng(山东大学,化学与化工学院,山东,济南,250061) ， 秦敬玉,程川,QIN Jing-yu,CHENG Chuan(山东大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250061)
山东大学学报（工学版）
JOURNAL OF SHANDONG UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENCE)2007,37(5)4次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sdgydxxb200705020.aspx
第３７卷第５期山东大学学报（工学版）
２００７年１０月
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．竺：竺
文章编号：１锄．，％“２０昕）晒旬１∞－０５
铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
孙从征１，管从胜１，秦敬玉２，程川２
（１．山东大学化学与化工学院．山东挤南２３００６１
ｏ
２．山东大学材料科学与工程学院，山东薪南２５００６１）
摘要：针时质子变换膜燃料电池双极板的需要，以铝合空为基体材料，采用碱性和酸性盟溶液体系化学镀镍磷合金．采用电子探针方法测定了镀层中镍磷含量，ｘ衍射方法研究了热处理对镀层结构的影响，伏安法研完了热处理对镀层耐蚀性的影响试验结果表明，热处理晴显彰响镀层的结构和耐蚀性，对于ｐ含量为１２．１％（质量）的镍磷合金镀层，经过２００—２５０℃热赴理后，晶化不明显但耐蚀等性能明显改善，可以用作质子变换膜燃料电池赋极板关键词：铝舍垒；镍磷告垒；性能
中图分类号：Ｔｃｌｌ３，１２；ＴＧｌｌ５２３；ＴＱｌ５３
文献标志码：Ａ
ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓＮｉ—Ｐａｌｌｏｙ
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２５００６１，Ｃｈｉｎａ）
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（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎ６ｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＳｈａｎｄｏａｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉＩｌａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉ－Ｐｅｌｅｃｔｗｌｅｓｓｃｏ．ｔｉｎｓ
ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗａｓ＃ａｒｍ
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ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｄｉｅＸｄｉ衢ａｃｔｉ∞ｍｅｔｈｏｄ．ａｎｄ
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ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｎ！ｓｕｈｓｓｈｏｗｔｈａｔｈｅａｔｈ∞ｍｍｎｔ
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ｃａｎ
ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅａｎ目ｂｅｉｎｇｔｗ．ａｔｅｄｗｉｔｈ２００—２５０℃，ｗｈｉｌｅｉｔｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
ｂｅｕｓｅｄｇｔ￥ＰＥＭＦ＇Ｃｓ’ｈｉｐｏｈｒｐｌａｔｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；Ｎｉ—Ｐａｌｌｏｖｃｏａｔｉｎｇ；ｐｅｄｏｒｍａｎｅｅ
料的研究热点Ⅲ，ＰＥＭＦＣ的工作环境为８０℃左右，
０引言
铝合金因其较低的密度，优良的导热导电性，较
高的比强度和易加工成型等优点而得到广泛应用，
ｐＨ值＝３～４，含有１～５ｘ１０。ｍｏｌ／Ｌ的微量ｓＯｊ’和Ｆ一１２１，这要求舣极板材料具有良好的机械强度、耐
酸腐蚀性、耐热性和电性能等．目前，双极板材料主
要有碳板、石墨一树脂复合材料和金属等“１．碳板成本较高，机械强度差，孔隙率高，致使双极板电堆成
近几年成为质子交换膜燃料电池（ＰＥＭ咒）双极板材
收璃日期：２００６－１０－３１＿
基金项目：山东省博士基金项目（０８１３ＳＩ．７，８）
作者简介：孙从征（１蚰１．），用．山东郓城＾，酿士研究生，从事金属腐蚀与防护研究
Ｆ．－ｍａｉｌ：ｍｍｃｓ＠ｍ＾∞
万方数据
第５期
孙从征，等：铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
１０９
本高、比能量低和可靠性低；石墨一树脂复合材料的碳纤维使流场的精确度比较差，碳纤维与树脂材料之间界面存在孔隙导致燃料可渗等，导致双极板制作的技术难度很大；金属材料主要是不锈钢等，不锈钢密度太大，且在ＰＥＭＦＣ环境中易氧化，致使电池
堆过重，导电和导热性降低”１．铝合金不存在上述
的各种问题，但其耐蚀性和耐磨性较差，且表面有一层致密的氧化膜，增大了接触电阻。大大降低了燃料
电池的性能为了改善铝合金的性能，常采用相应的
表面处理化学镀镍磷合金不仅可以提高铝合金的
抗蚀性、耐磨性和硬度，而且可以改善其焊接性能
等”】，是铝合金理想的表面改性技术之一．热处理可
以改善镀层的硬度、结合强度、耐磨和耐蚀性能等９】，针对ＰＥＭＦＣ双极板需要，以铝合金为基体，采
用碱性和酸性双溶液体系化学镀镍磷合金，在镀层热处理的基础上研究了镀层结构和耐蚀性以及镀层中镍磷含量．
１
实验
１．１实验材料
实验材料用铝合金为３５６，各元素含量示于表１．
・
表１铝合金的组成
Ｔａｂｌｅ１
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｍｎａｌｌｏｙ元素
＿＾ｌ野ｃｕ№
ＭｎＺｎＦｅ啊
∞，％９１９
７０
０．２
０３
０ｌ
０ｌ
０２
０２
１．２化学镀工艺流程
铝合金试样一除油一水洗一酸蚀一水洗一一次浸锌一水洗一退锌（１：１硝酸）一水洗一二次浸锌一
水洗斗碱性镀镍一水洗一酸性镀镍斗水洗斗晾干—一眭能测试．
１．３实验仪器
ＥＰＭＡ一１６００／１６１０型电子探针，且即珊ｍ型液态
金属Ｘ射线衍射仪，ＬＫ９８Ａ微机电化学系统．
２实验结果和讨论
２．１化学镀镍磷合金
铝合金表面有一层致密的氧化膜，增大了化学镀的难度．氧化膜不仅影响镀层的结合力，而且还容
易导致涂层起泡、脱皮和增大孔隙率等．通过大量试
验得到了理想的化学镀溶液配方和工艺参数，见
表２．
万
方数据’
表２化学镀溶液配方和工艺参数
Ｔａｂｌｅ２
Ｔｈｅ—ｔｉｔｕｔｅａｎｄｐｌｏｅｅ“ｐａｒａｍｅｔｅｒ＊。ｆｄ鼬ｈｄ目
溶液组成及指标
工艺参数
碱性镀液
酸性镀液
铝合金化学镀镍磷合金工艺中浸锌是关键步骤之一，试验发现采用一次浸锌时，不仅置换锌层比较
采用二次浸锌工艺可以获得比较理想的救果。必要时可采用三次浸锌处理．
采用碱性和酸性双镀液体系，碱性预镀镍，既可以避免浸锌层过度溶解而失去保护作用，又可以避免锌离子污染酸性镀液．预镀镍层不宜太厚，关键是致密性，一般施镀３—５ｍｉｌｌ即可．
２．２镀层中镍磷含量测定
采用电子探针分析镀层中Ｎｉ和Ｐ元素的含量，
实验结果示于表３．
表３镀层中Ｎｉ和Ｐ的含量
坠些！鱼坐坐苎些型！！！些型坚
元素
质量分数，％
原子分数ｔ％
ＮＯ．１ＮＯ２平均
ＮＯ．１ＮＯ
２平均
Ｐ１２５６１１
６６
１２１１
２１
４０
２００ｌ２０
７１
Ｎｉ８７４４８８３４８７８９
７８６０７９
９９＿７９凹
Ｎ“Ｐ
６９６
７５８
７２７３６７
４００
３８４
从表３中看出，镀层中Ｐ含量约为１２．１％（质量）或２０．５％（原子）有关资料显示ｕ０１，当Ｐ含量为１２％（质量）时，镀层具有较高的硬度、耐磨性、耐蚀性，盐酸腐蚀速率（１０｝ｔｍ／ａ，耐盐雾腐蚀时间超过
＞１５００
ｈ，而且电性能测试具有较低的电阻率和相
当稳定的接触电阻，完全可以用作质子交换膜燃料
电池双极板．另外，从镍磷合金相图中看出““，磷含
量为１２．１％（质量）的镍磷合金接近共品点组成，性
能稳定．
２．３热处理对镀层结构的影响
Ｘ射线功率发生器为４０
ｋＶ
ｘ
２５
ｍＡ，曝光时间
为２０ｓ．升温速度为４０。Ｃ／ｍｉｎ，测定温度分别为
粗糙，而且有时覆盖不完全和基体表面出现夹杂物，
１１０山东大学学报（工学版）
第３７卷
＿＿＿＿＿＿＿－＿－——●－●●＿Ｉ＿＿＿－＿＿●●＿＿＿●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－—＿———●－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿＿＿－－●＿＿’＿＿＿＿＿＿＿＿＿－＇＿—’＿＿－——————————————
一
２０℃．２００℃，３００
ｑｃ，４００℃和６００℃，每个测定温度
点恒温５ｍｉｌｌ后测定，实验所得衍射谱示于图１．
ｋ五。；／｝卜ｌ——＇～
２谢（‘）
图１
Ｎｉ—Ｐ合金镀层不同温度的ｘ射线衍射谱
ｎｇ．１
一
Ｘ－］ｍｙ
ｍｄ㈣ｋｍＤｍⅢ。
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｍ如０ｆＮｉ－Ｐ
ａｕｏｙ咄ａｔ
从图１中看出：（１）Ｎｉ．Ｐ合金在２０℃时为理想的非晶态结构，反映的是未经过热处理的镀态结构；（２）当温度升高到２００℃时，衍射曲线上开始出现
小峰，这说明温度升高使Ｎｉ—Ｐ合金由亚稳的非晶态
逐渐向晶态转变；（３）随着温度的不断升高，衍射峰
变得越来越尖锐，说明晶化过程越来越明显，当温度升至６００℃时，镀层已呈现明显的晶态结构．
根据镍磷合金相图“”，晶化产物可以分为两
种：一种是体心四方结构的ＮｉｊＰ，另一种是面心立
方结构的Ｎｉ固溶体，但这并不能肯定镀层的晶化产
物一定为Ｎｉ和Ｎｉ３Ｐ．将Ｎｉ，Ｎｉ３Ｐ和镀层６００℃的衍
射谱绘制在同一图上，如图２所示
珊咖—－－—∞－．７２＂１２Ｎｍ”
啪鲫
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２唧（‘）
图２６００＋ＣＮｉ—Ｐ合金衍射谱与Ｎｉ，№Ｐ衍射谱的比较
Ｆｋ２
ＣｔｍｍｐａｉｍｍＩ＊ｔｗｍｍｔｉｍＸ－ｍｙｄｉ田面６叩ｐｍｆｉｌ盘０ｆ
Ｎｉ－Ｐａｌｌｏｙ
ａｔ
６∞℃８ｎｄ
Ｎｉ，Ｎｉ３Ｐ
从图２中看出，６００℃Ｎｉ．Ｐ合金衍射谱与Ｍ，Ｎｉ３Ｐ衍射谱相吻合，因此可以认为６００℃镍磷合金
镀层的结构晶相分解为Ｍ和Ｎｉ，Ｐ．
万
方数据２．４热处理对镀层耐蚀性的影响
取同一批试样分别经过１５０℃，２００℃，２５０℃，
３００口ｃ和３５０℃温度热处理２ｈ，然后测试腐蚀电位和电流．测试以石墨作辅助电极，甘汞电极做参比电
极。测试样品面积为１３０口ｎ２，电解质溶液ｐＨ值；
４
Ｏ（硫酸调节）的蒸馏水，扫描速度２０ｍＶ／ｓ，电位增
量１．０００ｍＶ，测试结果示于图３．
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厂
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奉声譬：害髯手……ｉ…、—一；
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（ｃ）２００℃
第５期孙从征，等：铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
慧
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（ｄ）２５０℃
０）３００℃
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∞３５０℃
图３Ｎｉ－Ｐ合金不同温度热处理后占一ｋ，曲线
ｎｇ．３
Ｅ—ｋｆ㈣０ｆＮｉ・Ｐ
ａｌｌｏｙａｆｔｅｒ
ｂｅ吨Ⅷｅｄ
ａｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔ口ＩⅢｅｒａｈ一
从图３可以看出，各曲线都相当平滑，因此可以判断，镀层的孔隙率较低，不存在漏镀的现象．
将所得曲线进行塔菲尔外推法处理，可得不同
温度热处理的Ｎｉ．Ｐ合金在ｐＨ值＝４．０的蒸馏水环
境中的自腐蚀电流ｋＪ一，ｌｇ，一大小可以反映镀层的
腐蚀速率，１９，一随热处理温度的变化曲线示于图４．
万
方数据图４
Ｎｉ—Ｐ合金ｋ，一与热处理温度￡的关系（ｐ｝ｆ值＝４．０）ＦＩｇ４Ｒｅｂ由Ｔ出ｐｏｆＮｉ－Ｐａｌｌｏｙｋ，一ａｎｄｈｅａｔ眦且扫Ｔ时ｎ
ｋｍｐｅｒａ扛ｌｍ（ｐＨ＝４０）
从图４中可以看出：（１）当热处理温度在１００～
２００℃时，腐蚀速率维持在一个较低的水平并随热
处理温度而缓慢降低镀层经该温度范围的热处理，
由于应力释放和氢的去除，能够明显改善耐蚀性．
（２）２５０—３００℃的热处理使镀层耐蚀性急剧恶化，这是因为镀层结构开始由非晶态向晶态转变，由前面论述可知镀层中析出大量Ｎｉ，Ｐ，出现晶界、相界、亚晶界、位错等晶体缺陷析出的Ｎｉ，Ｐ形成原电池
的阴极，Ｎｉ固溶体为阳极，二者构成腐蚀微电池，加速了镀层的腐蚀．另外，位错等缺陷造成了镀层很高的内应力，导致微裂纹形成．（３）当热处理温度高于
３００℃时，腐蚀速率随着热处理温度的升高而下降．这是因为在较高温度下，随着热处理温度升高，Ｎｉ３Ｐ
聚集粗化，电化学腐蚀微电池的数量逐渐减少，而且镀层和铝合金基体之间也发生互相扩散，在界面处形成扩散层，这些因素有助于耐蚀性的提高¨０１．（４）在２５０～３３０℃时，镀层的腐蚀速率维持在一个较高
的值，为高腐蚀热处理温度区．
另外，腐蚀电位也能反映镀层的耐蚀性能．一般说来，腐蚀电位越负，材料的耐蚀性能越差．从图３曲线环可以得到祚ｐＨ信＝４．０的蒸馏水环境中的
腐蚀电位Ｅ一随热处理温度变化的曲线，曲线示于
图５．
从图５可以看出，当热处理温度低于２５０℃时，
腐蚀电位随着热处理温度的升高而下降，在２５０℃
时达到最大值；当热处理温度高于２５０℃时．腐蚀电
位叉随着热处理温度的升高而升高．由此可见，镀层
的耐蚀性也随着热处理温度的升高，呈现先降低后
又升高的现象，这一点与ｋ，一随热处理温度变化规
律基本吻合，原因也是一样的．
】Ｊ２
山东大学学报（工学版）
第３７眷
之０时
图５
飚５Ｎｉ．Ｐ合金Ｅ一与热处理温度ｔ的关系（ｐＨ值＝４．０）
ＲｅＩａｔｉ㈣帅ｏｆＮｉ—Ｐａｌｌｏｙ
Ｅ—ａｌｌｄｌｌｅ日ｔ№㈣
”ｐ。日ｔＬＩｒｅ（ｐＨ值＝４
Ｏ）
由上述分析可知，从镀层的晶化温度到晶化结
束的温度（２５０～３３０℃），为高腐蚀热处理温度区．在实际应用当中，对镀层的热处理，要避开这个温度区间．另外，当热处理温度超过３００℃时，虽然随着热
处理温度的升高，镀层耐蚀性又开始逐渐提高，但是
镀层氧化的程度也越高，同样会影响镀层的耐蚀性能．因此，对于铝合金上化学镀镍磷合金，在进行热
处理时，温度应控制在２００—２５０℃范围内，可以通过适当延长热处理时间达到预期效果．
３结论
（１）Ｐ含量为１２１９０（质量）的镍磷合金镀层，当热处理温度低于２５０℃时，晶化不明显．晶化程度
随着热处理温度的升高而增大，温度达到６００℃时
镀层呈现明显的晶态结构，品相分解为Ｎｉ和Ｎｉ，Ｐ．
（２）镍磷合金镀层的耐腐蚀性能与热处理温度有关。当温度低于３００℃时，腐蚀速率随着热处理温
度的升高『『ｉｉ增大，当高于３００℃时，腐蚀速率反而随着热处理温度的升高而下降，在３００℃时，腐蚀速率达到虽大值２５０～３３０℃为镍磷合金镀层的高腐蚀热处理区．
（３）为了改善镀层硬度、结合强度、耐磨和耐蚀
性能，热处理时应避开高腐蚀热处理区，控制热处理温度为２０１）。２５０℃．经该温度区热处理后镀层耐蚀性能得到极大的提高．
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ｅｌｇｙ
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２００７．１６３：７５５－７６７
［７］ＴＯＹＯＰ－ＮＩ
Ｍｍｍ，ＭＥＧＵＮｌ
ｐＩａｌｅｈｉ９４０ｌｏｎｄ姗ｗ曲Ⅻ【ｌｅ制ｅｅＵ
Ｋｍ，ＮＩＣＨＩＯ
Ｈｏｄ．Ｓｔｕｄｙ
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ｌＪＪ
ＪｏⅢｎａｌ
０ｆＰｏｗｅｒ
Ｓｏｍｅｓ，２００６，１６１：７４－７８
［８］ＨＵＮＧＹｕｅ，Ⅱ，ⅪｕⅡＢ
Ｋ
Ｍ．ＴＡＷＦＩＫＡ
Ｈ啪．Ｔｅｅｉｎｇ
ａｎｄｅｖｏｌｕａｔｉｏｎｄ
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（编辑：陈燕）
铝合金化学镀镍磷合金结构和性能
作者：作者单位：
孙从征， 管从胜， 秦敬玉， 程川， SUN Cong-zheng， GUAN Cong-sheng， QIN Jing-yu， CHENG Chuan
孙从征,管从胜,SUN Cong-zheng,GUAN Cong-sheng(山东大学,化学与化工学院,山东,济南,250061) ， 秦敬玉,程川,QIN Jing-yu,CHENG Chuan(山东大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250061)
山东大学学报（工学版）
JOURNAL OF SHANDONG UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENCE)2007,37(5)4次
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参考文献(11条)
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本文读者也读过(10条)
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2. 孙从征. 管从胜. 秦敬玉. 丁涛. SUN Cong-zheng. GUAN Cong-sheng. QIN Jing-yu. DING Tao 质子交换膜燃料电池用铝合金双极板研究[期刊论文]-腐蚀科学与防护技术2008,20(1)
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4. 沟引宁. 周上祺. 黄楠. 任勤. GOU Yin-ning. ZHOU Shang-qi. HUANG Nan. REN Qin 非晶态镍磷合金晶化过程的研究[期刊论文]-表面技术2006,35(1)
5. 梁平. LIANG Ping 铝合金化学镀Ni-P合金层及其耐蚀性研究[期刊论文]-表面技术2010,39(1)6. 张慧 Ni-P-SiC-PTFE化学复合镀的工艺研究[学位论文]2009
7. 冯立明. 王月. 王玉景. FENG Li-ming. WANG Yue. WANG Yu-jing 6063铝合金化学镀Ni-P合金工艺研究[期刊论文]-腐蚀与防护2005,26(2)
8. 史光远. 张济洲. 刘英 复合化学镀Ni-P-SiC在铝合金转杯上的应用研究[期刊论文]-热加工工艺2004(7)9. 李会山. 杨洗陈. 王惠滨. 张大鹏. LI Hui-shan. YANG Xi-chen. WANG Hui-bin. ZHANG Da-peng 铝合金表面激光熔覆SiC复合涂层工艺研究[期刊论文]-表面技术2005,34(6)
10. 王天旭. 蒙继龙. 胡永俊. WANG Tian-xu. MENG Ji-long. HU Yong-jun 铝合金化学镀Ni-P、Ni-W-P组织及相转变行为[期刊论文]-热加工工艺2006,35(18)
引证文献(3条)
1. 周红. 李自强. 孙从征. 管从胜 铝合金化学镀镍磷合金和性能[期刊论文]-电源技术 2008(9)
2. 王丽丽. 管从胜. 孙从征 热处理对镍-磷合金镀层结合强度和硬度的影响[期刊论文]-电镀与精饰 2008(2)3. 廖一峰. 黄元盛. 毛桂生 退火对化学镀镍-磷-纳米金刚石复合膜的结构和性能的影响[期刊论文]-热加工工艺2009(14)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sdgydxxb200705020.aspx