第11期 徐超等：化学镀镍工艺对金刚石/铜复合材料表面镀层性能的影响 ,1503· 2.3磷含量对镀层性能的影响 2.3.2镀层耐蚀性 金刚石/铜复合材料化学镀镍的目的是改善其 选择Ni-P镀层中磷质量分数为5.8%、7.3%和 可焊性，为以后实现与陶瓷材料的焊接做准备，因 8.7%的三片试样放在盐雾试验箱中连续喷雾96h, 此本文主要探讨AgCu28钎料在不同磷含量的镀层 结果如图6所示.从图中可以看出，含磷8.7%的镀 上的铺展性及不同磷含量镀层的耐蚀性能 层表面蚀孔数量最少，表现出较好的耐蚀性 2.3.1钎料在镀层上的铺展性 Ni-P镀层耐蚀性能与磷含量密切相关，含磷高 钎料的铺展性是影响钎焊时钎料流淌的重要 的镀层耐蚀性能优越源于它的非晶态结构.非晶态 因素.图5为钎料在不同P含量的镀镍层上的铺 与晶态的本质区别在它们的原子排列是否周期性， 展面积.从图中可以看出：Ni-P合金镀层的铺展 非晶的特性是不存在长程有序，无平移周期性.这 面积随着磷含量的增加而减小，但在磷质量分数 种原子排列的长程无序使非常均匀的Ni-P固溶体 为5.8%~8.7%的镀层上，焊料的铺展面积都大于 组织中不存在晶界、位错、孪晶等缺陷，不易构成 9mm2的初始面积，表现出较好的铺展性：当磷 腐蚀微电池.另外，非晶态镀层表面钝化膜的形成 质量分数为5.8%时，钎料铺展面积达到最大值，为 也提高了镀层的耐蚀性.N-P镀层按磷含量增加，其 62.4mm2 结构变化规律为：晶态一晶态+非晶态→非晶态 因此图6中表现为随着镀层中磷含量的增加，镀层 70 的蚀孔数量减少，耐蚀性增强 2.4镀镍时间对镀层性能的影响 50 2.4.1镀层厚度与镀覆时间的关系 0 在镀液中次亚磷酸钠质量浓度、温度和pH值 都为定值的情况下，对试样镀覆不同的时间.镀层 20 厚度与镀覆时间的关系如图7所示，两者几乎为正 10L 比例递增.通过直线拟合，镀层厚度y(um)与镀覆 5.56.06.57.07.58.08.59.0 P的质量分数/% 时间x(min)的关系式为=1.67+0.3x(5≤x≤40). 参考此公式，可以通过控制镀覆时间以得到期望的 图5AgCu28纤料在不同磷含量的镀层上的铺展面积 镀层厚度 Fig.5 Spreading area of AgCu28 filler on the coatings with 2.4.2镀层结合情况 different phosphorous contents 划痕实验的基本原理是在压头载荷恒定增大 试样的镀层磷含量在5.8%8.7%之间，都属于 的方式下，保持压头匀速直线划刻薄膜直至膜破坏 中磷镀层，为晶体结构与非晶态的混合物同.由 当镀层划破或剥落时会发出微弱的声信号，此时载 Cu-Ni二元合金相图可知，Cu和Ni能够无限互溶， 荷即为镀层的临界载荷值.由于金刚石/铜复合材料 钎料能够快速向外扩散开，因此钎料能够在镍层上 中加入了硬度极大的金刚石增强相，故表面比较粗 铺展。而根据Cu-P和AgP的二元相图，发现在 糙.当压头碰触到凸起的金刚石颗粒时，划痕声信 820℃时，Cu与5.8%~8.7%P为液相与a相(Cu, 号会有所失稳而出现独立的信号峰，只有在出现连 P)两相共存，而Ag与P完全不互溶，因此镀层中 续信号峰时才能表示为镀层的临界载荷.不同镀覆 磷含量的增加会阻碍AgC28纤料在其上的铺展 时间的镀层的划痕声发射曲线如图8所示.从图中 (b) 5μm 5μm 5μm 图6不同磷含量的Ni-P合金镀层盐雾96h的表面形貌.(a)5.83%:(b)7.25%;(c)8.74% Fig.6 Morphology of Ni-P alloy coatings with different phosphorous contents after salt mist for 96 h:(a)5.83%;(b)7.25%;(c) 8.74%第 11 期 徐 超等：化学镀镍工艺对金刚石/铜复合材料表面镀层性能的影响 1503 ·· 2.3 磷含量对镀层性能的影响 金刚石/铜复合材料化学镀镍的目的是改善其 可焊性，为以后实现与陶瓷材料的焊接做准备，因 此本文主要探讨 AgCu28 钎料在不同磷含量的镀层 上的铺展性及不同磷含量镀层的耐蚀性能. 2.3.1 钎料在镀层上的铺展性 钎料的铺展性是影响钎焊时钎料流淌的重要 因素. 图 5 为钎料在不同 P 含量的镀镍层上的铺 展面积. 从图中可以看出：Ni-P 合金镀层的铺展 面积随着磷含量的增加而减小，但在磷质量分数 为 5.8%∼8.7%的镀层上，焊料的铺展面积都大于 9 mm2 的初始面积，表现出较好的铺展性；当磷 质量分数为 5.8%时，钎料铺展面积达到最大值，为 62.4 mm2 . 图 5 AgCu28 钎料在不同磷含量的镀层上的铺展面积 Fig.5 Spreading area of AgCu28 filler on the coatings with different phosphorous contents 试样的镀层磷含量在 5.8%∼8.7%之间，都属于 中磷镀层，为晶体结构与非晶态的混合物 [6] . 由 Cu-Ni 二元合金相图可知，Cu 和 Ni 能够无限互溶， 钎料能够快速向外扩散开，因此钎料能够在镍层上 铺展。而根据 Cu-P 和 Ag-P 的二元相图，发现在 820 ℃时，Cu 与 5.8%∼8.7% P 为液相与 α 相 (Cu, P) 两相共存，而 Ag 与 P 完全不互溶，因此镀层中 磷含量的增加会阻碍 AgCu28 钎料在其上的铺展. 2.3.2 镀层耐蚀性 选择 Ni-P 镀层中磷质量分数为 5.8%、7.3%和 8.7%的三片试样放在盐雾试验箱中连续喷雾 96 h， 结果如图 6 所示. 从图中可以看出，含磷 8.7%的镀 层表面蚀孔数量最少，表现出较好的耐蚀性. Ni-P 镀层耐蚀性能与磷含量密切相关，含磷高 的镀层耐蚀性能优越源于它的非晶态结构. 非晶态 与晶态的本质区别在它们的原子排列是否周期性， 非晶的特性是不存在长程有序，无平移周期性. 这 种原子排列的长程无序使非常均匀的 Ni-P 固溶体 组织中不存在晶界、位错、孪晶等缺陷，不易构成 腐蚀微电池. 另外，非晶态镀层表面钝化膜的形成 也提高了镀层的耐蚀性.Ni-P 镀层按磷含量增加, 其 结构变化规律为: 晶态 → 晶态 + 非晶态 → 非晶态. 因此图 6 中表现为随着镀层中磷含量的增加，镀层 的蚀孔数量减少，耐蚀性增强. 2.4 镀镍时间对镀层性能的影响 2.4.1 镀层厚度与镀覆时间的关系 在镀液中次亚磷酸钠质量浓度、温度和 pH 值 都为定值的情况下，对试样镀覆不同的时间. 镀层 厚度与镀覆时间的关系如图 7 所示，两者几乎为正 比例递增. 通过直线拟合，镀层厚度 y(µm) 与镀覆 时间 x(min) 的关系式为 y=1.67+0.3x(56 x 640). 参考此公式，可以通过控制镀覆时间以得到期望的 镀层厚度. 2.4.2 镀层结合情况 划痕实验的基本原理是在压头载荷恒定增大 的方式下，保持压头匀速直线划刻薄膜直至膜破坏. 当镀层划破或剥落时会发出微弱的声信号，此时载 荷即为镀层的临界载荷值. 由于金刚石/铜复合材料 中加入了硬度极大的金刚石增强相，故表面比较粗 糙. 当压头碰触到凸起的金刚石颗粒时，划痕声信 号会有所失稳而出现独立的信号峰，只有在出现连 续信号峰时才能表示为镀层的临界载荷. 不同镀覆 时间的镀层的划痕声发射曲线如图 8 所示. 从图中 图 6 不同磷含量的 Ni-P 合金镀层盐雾 96 h 的表面形貌. (a) 5.83%; (b) 7.25%; (c) 8.74% Fig.6 Morphology of Ni-P alloy coatings with different phosphorous contents after salt mist for 96 h: (a) 5.83%; (b) 7.25%; (c) 8.74%