摘要: 目的是在氧化铝陶瓷表面化学镀金属镍，并研究镀覆时间对氧化铝陶瓷表面镀镍层表面形貌、显微组织、显微硬度、表面粗糙度和结合强度的影响。 。 。 该方法所用镀液成分及工艺参数为：NiSO4·/L、·H2O 22g/L、·2H2O 64g/L、(NH4)SO4 62g/L、pH=5.06.0，水浴加热至90℃，电镀时间14h。 采用场发射扫描电子显微镜观察涂层表面微观形貌，采用TH765自动显微硬度计测试涂层硬度，采用三维形貌测量仪测量涂层表面粗糙度，压痕采用方法和热冲击试验对涂层进行评价。 组合性能。 结果电镀时间为14 h时，1 h镀层表面金属光泽良好，呈银白色，4 h镀层表面较为细腻，但表面光泽较差。 随着镀覆时间的增加，氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的表面变得更加光滑，显微硬度也变得更大。 不同镀覆时间下化学镀层均未出现起泡、剥落、氧化铝基体脱落等现象。 结论 当镀覆时间为14 h时，在温度和pH值不变的情况下，随着镀覆时间的增加，化学镀镍层的厚度变化不大，但镀层颗粒变细，显微硬度显着增加，表面粗糙度降低。 ，涂层具有良好的结合力。
陶瓷具有高硬度、高耐腐蚀性、高介电性能等诸多优点。 随着材料科学技术的发展，陶瓷材料已从传统的硅酸盐材料发展到不仅需要力学性能，还需要具有声、光、热、电等性能的现代陶瓷材料[1-3]。 它的用途也越来越广泛。 在使用陶瓷时，常对陶瓷的部分或全部表面进行金属化处理，使陶瓷更易于电镀、加工和生产，增加其可焊性，增强与金属的结合力，并赋予其表面金属光泽[4] -7]。
陶瓷化学镀是实现陶瓷材料表面金属化的重要手段。 电镀后，其用途可进一步扩大，适用于电子电路、装饰材料等。化学镀不需要外接电源，操作方便，工艺简单，镀层均匀，孔隙率低，良好的外观。 可沉积在塑料、陶瓷等各种非金属基材上，具有优异的镀层性能（无需外接电源，镀液可浸入的零件，甚至复杂零件的微小孔、盲孔）可以获得均匀的涂层），附着力好，耐腐蚀，耐磨，功能性优良。 上述优点导致了其快速发展和广泛应用[8-11]。
目前陶瓷表面金属化主要应用于电子元件制造、电磁屏蔽和室内装饰等领域。 国内关于陶瓷表面金属化的报道较多。 崔永利等. [12]为了提高陶瓷金属化层的焊接性能，提出了陶瓷二次金属化镀镍工艺。 他们介绍了镀镍液的配方、工艺条件和具体工艺流程，并讨论了镀镍层的常见缺陷。 原因和建议的解决方案。 张德库[13]研究了硫酸镍浓度、次磷酸钠浓度、电镀温度、电镀时间等对镀层沉积速率的影响，并对镀层进行了金相分析，得到了化学镀的优化工艺镀镍。 然而，关于镀覆时间对陶瓷表面化学镀镍性能影响的报道却很少。
本文采用化学镀法在氧化铝陶瓷表面制备金属镍镀层。 研究了不同镀覆时间对氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的表面形貌、显微组织、显微硬度、表面粗糙度和结合强度的影响。
1个实验
1.1 实验材料
选择Al2O3陶瓷片作为基材样品。 样品的原始形貌如图1所示，尺寸为25.0mm×25.0mm×2.0mm。 使用 XRD 衍射仪对样品进行物相分析。 样品为α-Al2O3陶瓷，纯度为99%。 衍射图如图2所示。
图1 未经任何处理的原始样品
图2 样品的XRD图谱
1.2 化学镀液配制
化学镀液主要包括镍盐、还原剂和络合剂三种成分。 陶瓷表面化学镀镍的配方及工艺条件如表1所示。
表1 氧化铝陶瓷表面化学镀镍配方及工艺条件
1.3陶瓷表面化学镀镍工艺
化学镀前，必须对氧化铝陶瓷的表面进行预处理。 工艺流程为：除油→超声波清洗→脱水干燥→粗化→超声波清洗→脱水干燥→敏化→活化→水洗→化学镀镍。 上述水洗工艺采用去离子水，超声波清洗采用无水乙醇。 目的是彻底除去陶瓷微孔中所含的脱脂液。 脱水干燥是为了彻底除去陶瓷浸渍的水。 通常在200~400℃下干燥。 采用氢氟酸进行化学粗化，利用氟化处理液溶解陶瓷中的二氧化硅，从而赋予表面一定的粗糙度。 对于陶瓷的敏化和活化，分别采用氯化亚锡溶液和氯化钯溶液作为敏化液和活化液。 完成上述表面预处理后，陶瓷进入镀液开始化学镀镍[14-17]。
1.4 测试和表征
采用美国FEI公司生产的Nova Nano SEM50场发射高分辨率扫描电子显微镜（FE-SEM）观察涂层表面微观形貌，并采用三维扫描仪测试涂层表面粗糙度。日本奥林巴斯公司生产的形貌测量仪。 。 使用TH765自动显微硬度计测试涂层的硬度。 负载100g，保温10s。 每个涂层在4个位置进行测量并计算平均值。
采用WGL-230B电热鼓风干燥箱进行热冲击实验，测试涂层的结合性能。 将温度设置为（250±10）℃，保持30分钟，然后将样品在室温水中快速淬火并重复。 25次。 采用北京时代四合科技有限公司生产的THR-150D洛氏硬度计进行涂层结合强度测试，采用压痕法：120°锥形金刚石压头，施加压力60kg，保持30s，出现了明显的压痕。 使用Nova Nano SEM50场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察压痕的微观形貌和裂纹。 采用兰州微纳仪器技术有限公司生产的MFT-4000多功能材料表面性能测试仪测量不同涂层损伤的临界载荷，加载速度为60N/m，划痕长度为10mm。
2 结果与讨论
2.1 化学镀镍层表面形貌
图3为不同电镀时间下氧化铝陶瓷表面化学镀镍的SEM照片。从图3a可以看出，电镀1小时时，镀层表面
图3 氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的显微形貌
比较光滑，涂层结合致密，涂层颗粒比较粗，涂层表面无孔洞。 随着镀覆时间的增加，镀层表面平整度没有明显变化，但在高倍电镜下可以观察到镀层颗粒变得越来越多、越来越小，排列成葡萄状，且致密且细小。无间隙。 对比不同电镀时间下氧化铝陶瓷表面化学镀镍的显微组织和形貌发现，镀1小时的镀层表面具有良好的金属光泽，呈银白色，而镀4小时的镀层表面具有良好的金属光泽，呈银白色。较细腻，但表面光泽较差。 不同之处。
2.2 化学镀镍层表面粗糙度
图4为镀覆时间对氧化铝陶瓷表面化学镀镍层表面粗糙度的影响。 从图中可以看出，随着镀覆时间的增加，氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的表面粗糙度变小。 电镀2h时，表面粗糙度开始明显改善； 电镀3h后，表面粗糙度变化不大； 电镀4 h时，表面最光滑，Ra为0.668 μm，与其他电镀时间相比，表面较粗糙，改善程度最明显。 这是因为随着镀覆时间的增加，镀层颗粒逐渐变小，晶粒排列变密，使得氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的表面粗糙度变小，表面变得更加光滑。
图4 电镀时间与表面粗糙度的关系
2.3 化学镀镍层的显微硬度
图5为氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的显微硬度与镀覆时间的关系。 从图中可以看出，随着镀覆时间的增加，氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的显微硬度逐渐增大。 电镀4小时后硬度达到最大。 这与电镀时间对镀层微观结构的影响密切相关。 熔敷层的显微硬度主要受晶粒尺寸、内应力和可动位错密度的影响。 氧化铝陶瓷表面的化学镀镍层也是如此。 显微硬度H与晶粒尺寸d之间的关系可以用Hall-Petch公式H=H0+k/d来描述。 其中，H0和k是大于零的常数。 显然，H与1/d呈线性关系，即涂层的显微硬度随着晶粒尺寸的减小而增大[17]。
图5 不同镀覆时间下得到的氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的显微硬度
2.4 化学镀镍层结合强度
采用压入法和热冲击试验评价涂层的结合强度。 图6为热冲击实验后不同镀覆时间下氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的表面形貌。 可以看出，热冲击实验后，不同镀覆时间制备的化学镀层没有出现起泡、剥落或与氧化铝基体分离的现象。 即涂层结合力良好，没有出现明显的宏观变化。
图7为压痕法形成的压痕及周围裂纹的微观形貌。 图中用箭头标记了裂纹，并用数字编号，方便记录裂纹的数量。 图7b、d、f和h分别是图7a、c、e和g中白框区域的放大照片。 从图中可以看出，电镀1小时时，压痕周围出现明显的片状，裂纹较少且较大； 电镀2小时，压痕比较光滑，无明显剥落迹象，裂纹较少且较大； 电镀3、4小时后，裂纹明显增多并拉长，并有向外延伸的趋势。 当电镀时间为1h和2h时，裂纹较少，表明镀层结合力较好。
图6 热震试验后氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的表面形貌
图7 氧化铝陶瓷表面化学镀镍层压痕和裂纹的显微形貌
以上两种方法可以定性检测镀镍层与基体的结合强度。 不同电镀时间对结合强度的影响无法用数值体现。 因此，采用划痕法测量不同电镀时间下的氧化情况。 铝陶瓷表面镀镍层的结合强度。
图8为氧化铝陶瓷化学镀镍层表面划痕的宏观形貌。 图9为氧化铝陶瓷化学镀镍层划痕实验曲线及划痕微观形貌。 从图9a可以看出，在11.5N左右的载荷下出现了显着的声发射信号，此时摩擦力和摩擦系数也发生了显着的变化。 此时对应的划痕距离约为1.3mm。 观察该区域的形貌（图9b），可以看出涂层已被破坏，陶瓷基体已暴露出来，表明此处的信号对应于涂层与基体结合失败。 一般用临界载荷来表征涂层的结合强度。 用划痕法测得的不同电镀时间的样品的临界载荷如图10所示。从图中可以看出，随着电镀时间的增加，临界载荷变得越来越小，电镀之间没有太大差异。电镀3小时，电镀4小时，与压痕法测得的结果一致。 这是因为随着镀覆时间的增加，氧化铝陶瓷表面镍镀层的硬度增加，镍镀层的脆性增加。
图8 氧化铝陶瓷化学镀镍层表面划痕宏观形貌
图9 氧化铝陶瓷表面化学镀镍层划痕形貌及划痕实验曲线
图10 氧化铝陶瓷表面化学镀镍临界载荷与镀覆时间的关系
3 结论
化学镀用于在氧化铝陶瓷表面制备镍层。 涂层结构致密、表面光滑、无孔洞。 当电镀时间为1～4小时时，随着电镀时间的增加，表面变得更加光滑，但金属光泽逐渐降低。 镀覆时间对氧化铝陶瓷表面镀镍层的显微硬度有影响。 电镀时间越长，镀层的维氏硬度越大。 但电镀3小时后，镀层硬度没有明显变化。 随着电镀时间的增加，镀层变薄。 粘合强度降低。 当镀覆时间为2h时，氧化铝陶瓷表面化学镀镍层的结合强度、表面粗糙度和光泽度较好。 工艺参数为：NiSO4·6H2O 25g/L、·/L、·2H2O 64g/L、(NH4)/L、p H=5.0~6.0，水浴加热至90℃。
参考
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