论文部分内容阅读
黑色膜层因其优异的装饰、物理和机械性能而广泛应用于装饰材料、光学设备、太阳能转化和消光材料等领域。目前，制备黑色膜层主要有化学和电化学的方法。然而，现有的黑色膜层不能满足设备对高硬度、高耐磨和耐蚀性的要求。因此工业生产中急需开发出对环境友好、高硬度、高耐磨和高耐蚀性能的黑色膜层的新工艺。Ni-W-P合金镀层因其光亮致密、高硬度、高耐蚀耐磨性能而广泛应用工程机械、石油机械、印刷、五金等领域。Ni-W-P合金生产工艺环境友好、性能优异，有望成为替代镀铬工艺的最佳选择之一。电沉积黑铬涂层吸光率达0.97以上，而有关Ni-W-P合金镀层发黑研究却未见报道。本实验室提出了Ni-W-P合金镀层的化学发黑方法，进一步拓宽了Ni-W-P合金镀层的应用领域，具体研究如下：1. Ni-W-P合金镀层发黑工艺将W含量约为26wt.%的Ni-W-P合金镀层简单浸泡在HCl-H2O2-HF溶液中即可得到均匀黑亮的黑色膜层。对发黑溶液、实验温度、时间等工艺参数进行了优化。实验表明，室温（19-25°C）下，Ni-W-P合金镀层在HCl （28.7M）-H2O2（1.9M）-HF （5.0M）中浸泡100s后，可得到均匀黑亮的膜层。XRD研究表明，镀层为典型的晶态结构。SEM研究表明，发黑前后镀层的微观形貌发生明显变化，发黑前镀层表面平坦发黑后表面密布黑色网纹格结构。用XPS测试发黑前后镀层表面组分，结果表明发黑后Ni含量明显减少，W/P/O含量明显升高；黑色膜层由镍和钨的氧化物（NiO，Ni2O3和WO3）及磷酸盐组成。该黑色膜层在波长为200-800nm吸光率达0.96-0.98，具有较好的吸光和消光性能。同时，黑色膜层与镀层结合力较强，且耐蚀性良好。2.发黑机理研究研究发现，镀层中W含量对能否得到均匀黑亮的膜层起重要作用。合金镀层中W含量低于29wt.%时，镀层晶态特征明显，镀层发黑后可得到均匀的黑色膜层，该膜层由对光有本征吸收作用的镍和钨氧化物（NiO，Ni2O3和WO3）及磷酸盐组成；同时黑色膜层表面由二维网纹格结构组成，该结构类似于光陷阱结构，能提高黑色膜层对可见光的吸收。也就是说，W含量低于29wt.%晶态Ni-W-P镀层在HCl-H2O2-HF溶液中发生晶间腐蚀，表面生成了由氧化物及磷酸盐组成的黑色物质并形成了独特的网纹格结构，组分和结构的共同作用促成了得到均匀光亮的黑色膜层。而Ni-W-P合金镀层中W含量高于36wt.%时，镀层结构有晶态转变为非晶态，无晶界、晶体缺陷等，很难发生腐蚀，经HCl-H2O2-HF溶液浸泡后得到的膜层氧化物和磷酸盐含量较少、表面无网纹格。体系中的Cl-的吸附产生点蚀现象，点蚀小孔孔径较小（<0.4μm），不属于光陷阱结构，发生镜面反射，无陷光能力，不能得到均匀的黑色膜层。Ni-W-P合金镀层发黑后表面形成钝化膜，因此，发黑前后镀层耐蚀性变化不大。3. Ni-W-P合金镀层发黑新工艺HCl-H2O2-HF发黑溶液中，HCl和HF是易挥发性强酸，会造成设备腐蚀和环境污染。基于Ni-W-P合金镀层的发黑机理，将发黑工艺进行改进，采用具有氧化性、挥发性小的H2SO4体系进行发黑研究，实验表明，将W含量为20wt.%-29wt.%Ni-W-P合金镀层在70°C-80°C的20wt.%H2SO4浸泡15min可得到均匀黑亮的膜层，该黑色膜层耐蚀性和光学性质较好。