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 冶金與能源工程學院，云南 昆明650039；2.貴州大學 材料與冶金學院，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］。生產實踐證明：電鍍法能保證含銀合金電接觸元件的質量［3］，但鍍液往往含有氰化物，且銀資源稀缺、昂貴。隨著社會推崇節約環保理念，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及根據反應組分的熱力學數據［5］導出的E-pH表達式。

表1 Cu-H2O 體系中主要反應和平衡條件

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。本文熱力學分析只限于E-pH圖中電鍍金屬或合金的區域，a、b直線分別表示標準狀態下H2、O2的平衡線，涉及的相關離子濃度均為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及根據反應組分的熱力學數據［6］導出的E-pH表達式。

表2 Ni-H2O 體系中主要反應和平衡條件

圖2為Ni-H2O系E-pH圖。圖2 中，a-①-②線圍成的區域里，Ni能從Ni2+水溶液中析出。但此區域相對狹窄，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 體系水溶液的化學性質較為復雜，本文考慮該體系存在的物質主要有Mo、MoO2、及。表3為T=298 K，Mo-H2O 體系中主要考慮的反應及根據反應組分的熱力學數據［7］導出的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共沉積穩定區域。所以，水溶液不能電鍍Cu-Mo 假合金。但在Ni2+的誘導作用下，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固溶體的熱力學數據，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線圍成的熱力學穩定區域內正常共沉積析出。

圖5 Cu-Ni-H2O系E-pH 疊合圖

4 結論

在Cu2+、Ni2+水溶液中，Cu和Ni在熱力學穩定區能正常共沉積析出。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共沉積析出。因此，電鍍法制備Cu-Mo-Ni合金是可行的。

［1］雷虎，崔舜，林晨光，等.Mo-30Cu合金軋制變形組織及性能研究［J］.稀有金屬，2011，35（6）：945-949.

［2］韓勝利，宋月清，崔舜，等.Mo-Cu合金的開發和研究進展［J］.粉末冶金工業，2007，17（5）：41-45.

［3］劉建平.電鍍銀鎳合金工藝及其在電接觸材料生產中的應用［J］.電鍍與涂飾，2007，26（3）：14-16.

［4］謝健全，謝治華，黃和平，等.Cu-W-Ni-C觸頭材料的研制［J］.中南工業大學學報：自然科學版，2003，34（1）：63-65.

［5］楊熙珍，楊武.金屬腐蝕電化學熱力學電位-pH圖及其應用［M］.北京：化學工業出版社，1991.

［6］張歡.Ni-W-P-SiC系列復合鍍層脈沖電沉積工藝及性能研究［D］.昆明：昆明理工大學，2003.

［7］陳云.堿性體系中鋁釩鉬的溶液化學性質及分離技術研究［D］.長沙：中南大學，2006.

［8］聶華平，謝芳浩，張小林，等.Mo（Cu）-H2O 體系電位-pH 平衡研究［J］.濕法冶金，2012，31（5）：284-287.