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两种添加剂对氨基磺酸盐电铸镍塑性的影响

2020-10-10 来源:步旅网
第33卷 第6期 2010生 兵器材料科学与工程 ORDNANCE MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING Vo1.33 No.6 Nov..2010 l1月 两种添加剂对氨基磺酸盐电铸镍塑性的影响 罗扬,王雷,李珍,苏娜,田文怀 (北京科技大学材料科学与工程学院材料物理与化学系,北京100083) 摘要十二烷基硫酸钠和糖精是氨基磺酸镍电铸液中常用的添加剂。用含不同浓度添加剂的电铸液制备电铸镍.测定不 同电铸工艺制备的电铸镍的延伸率,利用扫描电子显微镜观察拉伸试样的断面形貌并使用光学显微镜观察电铸镍的组 织。试验结果表明:适量的十二烷基硫酸钠可以明显提高电铸镍的塑性,但随着添加量的进一步增加,塑性反而有所下降; 适量的糖精可以进一步提高电铸镍的塑性,但糖精过多则会降低其塑性。 关键词氨基磺酸盐;电铸;添加剂;塑性 中图分类号TJ665 文献标识码A 文章编号1004—244X(2010)06—0036—04 Influence of two additives Oil the plasticity of electroformed nickel in Ilickel sulfamate electrolyte LU0 Yang,WANG Lei,LI Zhen,SU Na,TIAN Wenhuai (Department of M ̄eriMs Physics and Chemistry,School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China) Ablca'aet Sodium dodecyl sulfate and saccharin are common additives used in nickel sulfamate electroforming solutions. Electroforming nickel samples were prepared by solutions with diferent contents of additives,the elongations of the samples were measured by tensile tests,the tensile fractures were observed by scanning electron microscope and the microstructures of the samples were observed by optical microscope.The experimentl resulats indicate that the plasticity of electroforming nickel can be obviously improved by adding proper amount of sodium dodecyl sulfate,but the elongation decreases with more sodium dodecyl sulfate adding.The plasticity can be further improved by adding proper amount of saccharin,but tOO much saccharin causes poor plasticity of electroformed nicke1. Key w0rd8 sulfamate;electroforming;additives:plasticity 氨基磺酸盐型电铸液已在电铸镍器件的生产中获 得应用[1]。近年来,氨基磺酸盐电铸法也成为制造破甲 弹纯镍药型罩的重要方法【2]。根据流体力学理论『3],破 甲弹爆炸时形成的聚能射流应具有高密度和高延伸性 能,因此.也对电铸镍的塑性提出了较高要求。氨基磺 酸盐型电铸液中常添加十二烷基硫酸钠,作为一种表 铸镍的塑性的影响很少有研究报道。用含不同浓度添 加剂的电铸液制备电铸镍,使用光学显微镜观察电铸 镍的组织,对电铸镍试样进行拉伸试验并利用扫描电 子显微镜对试样拉伸断面形貌进行观察,探讨十二烷 基硫酸钠和糖精添加剂对电铸镍塑性的影响规律,以 确定电铸液中添加剂的最佳量,为提高镍药型罩的综 面活性剂,它能降低电铸液的表面张力,防止氢气泡在 镀层表面停留.从而防止针孔的产生 ]。糖精常被作 为去应力剂和光亮剂在氨基磺酸盐型电铸液中使用 ]。 同时糖精的加入又有细化晶粒的作用[4]。十二烷基硫 酸钠以及糖精的添加对电铸镍的力学性能,特别是电 收稿日期:2010—06—18;修回13期:2010—09—08 作者简介:罗扬.男.硕士研究生。E—mail:luoyangnihao@126.com。 合力学性能提供实验依据。 l试验方法 1.1电铸镍的制备 试验所用的电铸装置示意图如图1所示。所用的 characterization of het ternary phase Ti3SiC2[J].J Mater Sci, 1994,29(13):3384-3392. [7]苏克和,胡小玲.物理化学[M].西安:西北工业大学出版 社.2004:83—84. [4]陈艳林,梅炳初,朱教群.可加工陶瓷Ti。SiC 的合成和性能 [8]张其翼,陈继镛,张兴栋.多孔钛的制备及磷灰石涂层的仿 [J].硅酸盐通报,2003,22(3):74-77. [5]朱教群.三元层状碳合物Ti3SiC 的制备及性能的研究[D]. 武汉理工大学博士学位论文,2003. 生沉积[J].四川大学学报,2003,40(4):700-703. [9]李开雄.熔渗烧结制备Ti3SiC:及其摩擦磨损性能的研究 『D].西安理工大学硕士学位论文,2009. 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[10]黄新明.硅熔体的密度、表面张力和粘度[J].物理,1997,26 (1):37—4. 第6期 罗扬等:两种添加剂对氨基磺酸盐电铸镍塑性的影响 37 1.3电铸镍组织的观察 l一直流电源: 2一电流表: 3一阴极(不锈钢片); 用线切割方法从电铸镍样品上切取适当尺寸的试 样并用环氧树脂冷镶嵌。待环氧树脂硬化后将试样的 侧面即镀层纵截面用砂纸研磨,再用金刚石研磨膏抛 光.随后用浓硝酸擦拭浸蚀。浸蚀得到清晰的组织之 后.用Olympus DP一70光学显微镜对组织进行观察。 4一电铸液: 5一集热恒温磁力搅拌器 6一阳极僻板); 7—搅拌磁子 2试验结果与讨论 2_1十二烷基硫酸钠对电铸镍组织的影响 图3是在不同十二烷基硫酸钠添加剂含量条件下 图1电铸装置示意图 Fig.1 Sketch of electroforming device 阳极为纯度99.98%的电解镍板。阴极为不锈钢片。试 验前阳极用盐酸活化,阴极(不锈钢片)经抛光、清洗并 吹干。电铸电源为稳压直流电源。电铸液中氨基磺酸镍 [Ni(SO3NH2)2・4H2O,电镀级]质量浓度为400 g/L,硼 酸(H3BO,,优级纯)质量浓度为30 g,L,氯化镍(NiC12・ 6H O,分析纯)质量浓度为10 g/L。电铸液温度设定为 50 oC,pH=3.5+0.1,搅拌速率为30 r/min。阴极电流密 度为5 A/dm2 在上述电铸液中分别加入质量浓度为O~5 g/L的 十二烷基硫酸钠(C。:H笛NaO4S,化学纯),在电铸过程 中,当镀层达到一定沉积厚度(不小于0.4 mm)时将其 随阴极一起从电铸液中取出,然后将镀层剥离,清洗并 吹干。在只含氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍的电铸液中先 加入质量浓度为0.4 g/L的十二烷基硫酸钠(前面的试 验结果表明.采用此浓度可获得最佳的塑性).再分别 加入质量浓度为0.O1~0.5 g/L的糖精(C H O NS,食品 级)进行电铸镍的制备,电铸过程与单独添加十二烷基 硫酸钠时相同。 1.2拉伸试验和电镜观察 用线切割方法从样品上切取拉伸试样.拉伸试样 的尺寸如图2所示。然后用细砂纸打磨拉伸试样的线 切割表面,以免线切割质量影响拉伸结果。拉伸所用的 试验机为CMT 4105型微控拉伸试验机,拉伸速度为 0.1 mrn/min。 试样经拉伸试验后,将拉伸断面处用超声波清洗 并吹干,随后利用LEO一1450扫描电子显微镜(SEM) 观察断面形貌。 一、\\I— : 一l厂曼 L  图3 2种质量浓度的十二烷基硫酸钠制备的电铸镍的组织照片 Fig.3 Microstructures of eleetroforming nickel prepared with different sodium dodecyl sulfate content 图2拉伸试样示意图 Fig.2 Sketch of tensile specimen 兵器材料科学与工程 第33卷 制备的电铸镍的金相组织照片。可见电铸镍的组织为 柱状晶。图中的黑点为电铸镍中存在的气孑L,在浸蚀样 品时,气孔会截留浸蚀液,所以该部位因受腐蚀较深而 形成黑点。 当十二烷基硫酸钠质量浓度为O时,晶粒比较粗 大。而且由于此时电铸液中没有任何添加剂.电铸镍中 的残余应力比较大,因此电铸镍存在分层的缺陷。图 3a中可以看到平行于镀层表面的黑线.就是分层导致 的裂缝,而且它是穿晶的。 当十二烷基硫酸钠质量浓度为0.2 g/L时,晶粒明 显比质量浓度为0时细小。而且没有出现分层,表明 电铸镍中的残余应力较小。因此可以认为十二烷基硫 酸钠不仅能够细化电铸镍的晶粒。而且能减小应力因 而避免分层。这些作用对于提高电铸镍的塑性是非常 有利的。 2_2十二烷基硫酸钠对电铸镍塑性的影响 图4为拉伸试验后电铸镍的延伸率与添加剂十二 烷基硫酸钠质量浓度之间的关系。可以看出,在没有任 何添加剂时,电铸镍的延伸率为1.73%。当电铸液中十 二烷基硫酸钠质量浓度较低(40.4 g/L)时,延伸率随 十二烷基硫酸钠质量浓度的增加而急剧增加,并在0.4 g,L时达到峰值6.1%。此后随着十二烷基硫酸钠质量 浓度的进一步增加,电铸镍的延伸率有所下降并基本 上趋于约5.5%的稳定值。当十二烷基硫酸钠在电铸液 图5不I司质量浓度的十二烷基硫酸钠制备的电铸镍的 拉伸断面形貌 Fig.5 Tensile fracture surfaces of electroforming nickel prepared with different sodium dodecyl sulfate content 现出大而深的韧窝。可以认为,适量的十二烷基硫酸钠 可以提高电铸镍的塑性,0.4 L含量是十二烷基硫酸 钠在电铸液中的最佳质量浓度。 有研究结果[61显示。十二烷基硫酸钠等润湿剂的 添加可有效解决析氢带来的针孔、气孔、氢脆等问题。 而且前面的研究结果表明十二烷基硫酸钠可以细化电 中的质量浓度超过5 g/L时,镀层极易烧焦。 图5a为无任何添加剂时制备的电铸镍样品拉伸 断面的扫描电镜二次电子像。可以看出,该断面是典型 铸镍的晶粒并减少应力导致的分层缺陷。因此适量的 十二烷基硫酸钠有利于提高电铸镍的塑性。但是,十二 烷基硫酸钠的过量添加会使镀层中的硫杂质增多,反 而引起脆性增加…。因此可以认为,适量十二烷基硫酸 的脆性断裂和韧性断裂的混合断面。由于电铸镍中有 气孔的存在,导致电铸镍的强度和塑性都有明显不足。 在电铸液中加入0.4 g/L十二烷基硫酸钠时,电铸镍样 品延伸率达到最大值6.1%。图5b为该样品拉伸断裂 后断面的扫描电镜二次电子像。与图5a相比,断面呈 钠可以显著提高塑性,但随着添加量的增加,塑性反而 有所下降。 2.3糖精对电铸镍塑性的影响 图6为在电铸液中加入0.4 g/L十二烷基硫酸钠 的电铸镍拉伸后延伸率与添加剂糖精的质量浓度之间 的关系。可以看出,在电铸液中加入适量的糖精(0.O1 g/L)可以进一步提高电铸镍的延伸率;但如果糖精的 质量浓度继续增加,延伸率反而随糖精质量浓度的增 加而下降。 当电铸液中糖精的质量浓度为0.01 g/L时,样品 质量浓度/(g・L- ) 的延伸率达到最大值6.67%,图7a为该样品拉伸断裂 后断面的SEM照片。可以看出。添加糖精的质量浓度 达0.01 g/L时样品的延伸率比未加糖精时稍高。从拉 伸样品的断面形貌来看,前者(图7a)的韧窝也普遍较 后者(图5b)的大而深。因此,适量的糖精可以进一步 图4十二烷基硫酸钠质量浓度对电铸镍延伸率 及抗拉强度的影响 Fig.4 Effects of sodium dodecyl sulfate content on elongation and tensile strength of electrofornfing nickel 第6期 罗扬等:两种添加剂对氨基磺酸盐电铸镍塑性的影响 39 提高电铸镍的塑性,糖精的最佳质量浓度为O.01 g/L。 当电铸液中糖精质量浓度高达0.5 g/L时,电铸镍 的延伸率仅为1.33%。图7b为该样品拉伸断面的SEM 形貌,图中的韧窝小而密集。由于韧窝是夹杂物在拉伸 时断裂形成的 ]。因此小而密集的韧窝表明电铸镍样 品中的夹杂物也较多。当糖精质量浓度超过0.5 g,L 时。由于镀层中的应力大.导致镀层卷起甚至脱落。 文献[4]表明,适量糖精可细化晶粒并减小镀层中 的张应力,降低脆性并使镀层柔软。但较多糖精的添加 会使镀层含硫量增加.从而导致夹杂物增多.因而脆性 增加[8]。因此可以认为适量糖精可以提高塑性.但过多 凸_ 芝 的添加糖精反而引起电铸镍塑性的降低。 魁 骥 2 螺 3结 论 1)十二烷基硫酸钠可以细化电铸镍的晶粒并减 少应力导致的分层缺陷。适量的十二烷基硫酸钠可显 著提高电铸镍的塑性。当十二烷基硫酸钠质量浓度为 质量浓度,(g・L-’) 0.4 g/L时,电铸镍延伸率达到最大值6.1%。但随着十 二烷基硫酸钠质量浓度的进一步增加。电铸镍的塑性 反而下降。 2)在含十二烷基硫酸钠O.4 g/L的电铸液中,加 入适量糖精可进一步提高电铸镍的塑性。当糖精质量 浓度为0.01 g/L时,延伸率达到最大值6.67%。但糖精 含量过多,会降低电铸镍的塑性。 图6糖精的质量浓度对电铸镍延伸率及抗拉强度的影响 Fig.6 Effects of saccharin content on elongation and tensile strength of electroforming nickel 4参考文献 [1]刘仁志.实用电铸技术[M].北京:化学工业出版社,2006: 242-246. [2]李春华,成生伟,王雷,等.氨基磺酸盐电铸镍药型罩的制备 与微观组织[J].兵器材料科学与工程,2009,32(6):7-10. [3]Birkhoff MacDougall,Pugh D P,Taylor G.Explosives with lined cavities[J].J Appl Phys,t948,19:563—582. [4]陈天玉.光亮镀镍[M].北京:化学工业出版社,2006:36—59. [5]陈天玉.复合镀镍和特种镀镍[M].北京:化学工业出版社, 2009:305—309. [6]肖日松,杜立群,刘海军,等.微电铸的析氢现象研究[J].中 国机械工程,2005,16(增刊):446 48. [7]柬德林.工程材料力学性能[M].北京:机械工业出版社, 2oo3:34—36. 图7不同质量浓度的糖精制备的电铸镍的拉伸断面形貌 Fig.7 Tensile fracture surfaces of electroforming nickel prepared wi出diferent saccharin content [8]马胜利,井晓天,葛利玲.含硫添加剂含量对电铸镍沉积层 组织和性能的影响[J].理化检验:物理分册,1997,33(9): 25-27. 高强度Mg合金制备技术 13本专利JP2007 113037中公布了一种高力学性能Mg合金及其制备工艺。该Mg合金是采用静液挤压或热挤压方法加工制造 的。合金中主要含有(质量分数):6%-15%A1,不超过4%的Zn,其余是Mg。挤压态Mg合金中所含AI元素的40%lgJ ̄2以固溶体的 形式存在。挤压态合金截面中心的平均晶粒尺寸不超过10 p,m,且位于合金截面边缘的晶粒平均大小与合金截面中心的晶粒的大 小的比值为O.7-1.3。该合金的拉伸强度不低于300 MPa,且力学性能均一。 (范爱国供稿2010—6) 

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