電鍍Cu-Mo-Ni 合金的可行性分析

李遠會， 萬明攀， 黃碧芳， 張曉燕， 郭忠誠

（1.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，云南 昆明650039；2.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽550003）

0 前言

Cu-Mo假合金材料可用作電觸頭材料［1］。鉬合金的制備方法主要是粉末冶金及其衍生工藝［2］。生產(chǎn)實踐證明：電鍍法能保證含銀合金電接觸元件的質(zhì)量［3］，但鍍液往往含有氰化物，且銀資源稀缺、昂貴。隨著社會推崇節(jié)約環(huán)保理念，無銀銅基電接觸新材料必將成為重要的研究對象。鎳可以改善銅基電接觸材料的質(zhì)量和使用性能［4］。目前，電鍍制備Cu-Mo-Ni合金材料還未見報道。本文擬從熱力學(xué)角度分析電鍍Cu-Mo-Ni合金的可行性。

1 Cu-H2O體系下E-pH圖

表1為T=298K，Cu-H2O 體系中主要考慮的反應(yīng)及根據(jù)反應(yīng)組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)［5］導(dǎo)出的E-pH表達式。

表1 Cu-H2O 體系中主要反應(yīng)和平衡條件

圖1為Cu-H2O系E-pH圖。圖1中，a-①-②線圍成的較寬區(qū)域里，無論酸性或堿性Cu2+水溶液中均能電鍍金屬Cu。本文熱力學(xué)分析只限于E-pH圖中電鍍金屬或合金的區(qū)域，a、b直線分別表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下H2、O2的平衡線，涉及的相關(guān)離子濃度均為0.1mol／L。

圖1 Cu-H2O系E-pH圖

2 Ni-H2O 體 系 下E-pH圖

表2為T=298K，Ni-H2O 體系中主要考慮的反應(yīng)及根據(jù)反應(yīng)組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)［6］導(dǎo)出的E-pH表達式。

表2 Ni-H2O 體系中主要反應(yīng)和平衡條件

圖2為Ni-H2O系E-pH圖。圖2 中，a-①-②線圍成的區(qū)域里，Ni能從Ni2+水溶液中析出。但此區(qū)域相對狹窄，容易引起析氫、滲氫或電沉積氫氧化物膠體。

圖2 Ni-H2O系E-pH圖

3 Mo-H2O體系下E-pH圖

Mo-H2O 體系水溶液的化學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，本文考慮該體系存在的物質(zhì)主要有Mo、MoO2、及。表3為T=298 K，Mo-H2O 體系中主要考慮的反應(yīng)及根據(jù)反應(yīng)組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)［7］導(dǎo)出的E-pH表達式。

圖3為Mo-H2O系E-pH圖。圖3中，a析氫平衡線在Mo的平衡線上方，說明Mo不能從水溶液中析出。參照文獻［8］，將圖1和圖3簡單疊合，得到如圖4所示的Cu-Mo-H2O系EpH 疊合圖。圖4 中，a析氫平衡線上方無Cu-Mo共沉積穩(wěn)定區(qū)域。所以，水溶液不能電鍍Cu-Mo 假合金。但在Ni2+的誘導(dǎo)作用下，水溶液能析出Ni-Mo合金。

圖3 Mo-H2O系E-pH圖

表3 Mo-H2O 體系中主要反應(yīng)和平衡條件

圖4 Cu-Mo-H2O系E-pH 疊合圖

因缺少Cu-Ni固溶體的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，將圖1和圖2疊合，得到如圖5所示的Cu-Ni-H2O系E-pH疊合圖。由圖5可知：Cu-Ni合金能從圖2中a-①-②線圍成的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)正常共沉積析出。

圖5 Cu-Ni-H2O系E-pH 疊合圖

4 結(jié)論

在Cu2+、Ni2+水溶液中，Cu和Ni在熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)能正常共沉積析出。Cu-Mo 假合金不能在水溶液中析出，但Ni-Mo 合金能在水溶液中誘導(dǎo)共沉積析出。因此，電鍍法制備Cu-Mo-Ni合金是可行的。

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