Ni-W-P合金鍍層化學(xué)發(fā)黑工藝、發(fā)黑機(jī)理及發(fā)黑膜性能研究.pdf

1、黑色膜層因其優(yōu)異的裝飾、物理和機(jī)械性能而廣泛應(yīng)用于裝飾材料、光學(xué)設(shè)備、太陽能轉(zhuǎn)化和消光材料等領(lǐng)域。目前,制備黑色膜層主要有化學(xué)和電化學(xué)的方法。然而,現(xiàn)有的黑色膜層不能滿足設(shè)備對高硬度、高耐磨和耐蝕性的要求。因此工業(yè)生產(chǎn)中急需開發(fā)出對環(huán)境友好、高硬度、高耐磨和高耐蝕性能的黑色膜層的新工藝。
　　Ni-W-P合金鍍層因其光亮致密、高硬度、高耐蝕耐磨性能而廣泛應(yīng)用工程機(jī)械、石油機(jī)械、印刷、五金等領(lǐng)域。Ni-W-P合金生產(chǎn)工藝環(huán)境友好、性

2、能優(yōu)異,有望成為替代鍍鉻工藝的最佳選擇之一。電沉積黑鉻涂層吸光率達(dá)0.97以上,而有關(guān)Ni-W-P合金鍍層發(fā)黑研究卻未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)室提出了Ni-W-P合金鍍層的化學(xué)發(fā)黑方法,進(jìn)一步拓寬了Ni-W-P合金鍍層的應(yīng)用領(lǐng)域,具體研究如下:
　　1.Ni-W-P合金鍍層發(fā)黑工藝
　　將W含量約為26wt.%的Ni-W-P合金鍍層簡單浸泡在HC1-H2O2-HF溶液中即可得到均勻黑亮的黑色膜層。對發(fā)黑溶液、實(shí)驗(yàn)溫度、時間等工藝參數(shù)進(jìn)

3、行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明,室溫(19-25℃)下,Ni-W-P合金鍍層在HC1(28.7M)-H2O2(1.9 M)-HF(5.0M)中浸泡100s后,可得到均勻黑亮的膜層。XRD研究表明,鍍層為典型的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。SEM研究表明,發(fā)黑前后鍍層的微觀形貌發(fā)生明顯化,發(fā)黑前鍍層表面平坦發(fā)黑后表面密布黑色網(wǎng)紋格結(jié)構(gòu)。用XPS測試發(fā)黑前后鍍層表面組分,結(jié)果表明發(fā)黑后Ni含量明顯減少,W/P/O含量明顯升高;黑色膜層由鎳和鎢的氧化物(NiO,Ni2O3和

4、WO3)及磷酸鹽組成。該黑色膜層在波長為200-800 nm吸光率達(dá)0.96-0.98,具有較好的吸光和消光性能。同時,黑色膜層與鍍層結(jié)合力較強(qiáng),且耐蝕性良好。
　　2.發(fā)黑機(jī)理研究
　　研究發(fā)現(xiàn),鍍層中W含量對能否得到均勻黑亮的膜層起重要作用。合金鍍層中W含量低于29wt.%時,鍍層晶態(tài)特征明顯,鍍層發(fā)黑后可得到均勻的黑色膜層,該膜層由對光有本征吸收作用的鎳和鎢氧化物(NiO,Ni2O3和wO3)及磷酸鹽組成:同時黑色膜層

5、表面由二維網(wǎng)紋格結(jié)構(gòu)組成,該結(jié)構(gòu)類似于光陷阱結(jié)構(gòu),能提高黑色膜層對可見光的吸收。也就是說,W含量低于29wt.%晶態(tài)Ni-W-P鍍層在HC1-H2O2-HF溶液中發(fā)生晶間腐蝕,表面生成了由氧化物及磷酸鹽組成的黑色物質(zhì)并形成了獨(dú)特的網(wǎng)紋格結(jié)構(gòu),組分和結(jié)構(gòu)的共同作用促成了得到均勻光亮的黑色膜層。而Ni-W-P合金鍍層中W含量高于36wt.%時,鍍層結(jié)構(gòu)有晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài),無晶界、晶體缺陷等,很難發(fā)生腐蝕,經(jīng)HC1-H2O2-HF溶液浸泡后得

6、到的膜層氧化物和磷酸鹽含量較少、表面無網(wǎng)紋格。體系中的C1-的吸附產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象,點(diǎn)蝕小孔孔徑較小(<0.4μｍ),不屬于光陷阱結(jié)構(gòu),發(fā)生鏡面反射,無陷光能力,不能得到均勻的黑色膜層。Ni-W-P合金鍍層發(fā)黑后表面形成鈍化膜,因此,發(fā)黑前后鍍層耐蝕性變化不大。
　　3.Ni-W-P合金鍍層發(fā)黑新工藝
　　HC1-H2O2-HF發(fā)黑溶液中,HC1和HF是易揮發(fā)性強(qiáng)酸,會造成設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染。基于Ni-W-P合金鍍層的發(fā)黑機(jī)理,