1、ICS 25.220.40 A29 备案号:16691-2005 J 中华人民共和国机械行业标准JB厅10534-2005多层镇镀层各层厚度和电化学电位同步测定法Standard test method for simultaneous thickness and electrochemical potentiaI determination of individual Iayers multilayer nickel deposit 2005-09-23发布2006-02-01实施060508000007 JB厅10534-2005目次yi，且且且1吨，-吨，缸吨，句，吨，句，句M吨-吨，缸
2、句3ZJZJZJZJZJZJU正U正UUq3句3A斗吁，线曲回用叼时流电的解溶积面2m nu nu 以路陶阳34且器为大率放效属冲流k缓电素量度度荒(件因过洁深组作镰件器配由积备清化人解极表的线文要分拌组s度沉准的变插溶差电伏m曲用概用成源搅极极(精中极面积声管全偏比毫印度引法应液流液仪槽电电计量槽电表面噪器完释和参抗2厚性方和解电解录镀比比伏测镀比样极气拌不解度形阻解层围范验义器电恒电记退参参毫序响退参试阳电搅镰果确T高溶镰羔范规试意仪程量结精1234一们1234567812345674刑123451111111167111111189图图图图I JB厅10534-2005别昌本标准为首次制
3、定。本标准等同采用ASTMB764一1994(2003确认)(多层镰镀层各层厚度和电化学电位同步测量的标准试验方法(STEP试验)。II 为便于使用，对ASTMB764一1994作了下列编辑性修改:一一将本方法一词改为本标准;一一删除ASTMB764-1994中有关的版本说明及相关的归口管理说明:一一将ASTMB764-1994中的参考文件:ASTM B504、ASTMDI193，改为规范性引用文件:GB!f 4955、GB!f6682一-1998。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会归口。本标准负责起草单位:武汉材料保护研究所。本标准主要起草人:喻晖
4、、冯永春、任星海、曹钟1菜、贾建新。JB厅10534一.2005多层镇镀层各层厚度和电化学电位同步测定法1 范围本标准规定了多层镰镀层中各层的厚度和各层之间的电化学电位差同时测定的标准测量方法。本标准不涉及其应用中有关的一切安全问题。本标准的用户应负责在采用本标准前先建立适当的安全和健康措施，并确定一些法规限制的适用性。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容或修订版均不适用于本标准，然而鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB厅49
5、55金属覆盖层覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法CGB厅4955-1997.idt IS0 2177: 1985) GB厅6682-1992分析实验室用水规格和试验方法3试验方法概要3.1 本标准是对覆盖层厚度测量阳极溶解库仑法CGB厅4955)的改进，也叫阳极溶解或电化学退镀法。3.2 库仑测厚仪是基于镀层的恒电流阳极洛解退镀)，通过测定溶解时间以确定厚度。正如通常的方法一样，此法采用一小电解槽，电解槽中充装造当的电解液，以试样作电解槽的底，电解槽底附一橡胶或塑料密封圈，此密封圈的孔确定测量(阳极退镀的面积。若采用金属电解槽，则橡胶密封圈使试样与电解槽电绝缘。用试样作阳极、电解槽或搅拌器管作阴极，
6、将电解槽通以直流恒电流，一直到锦层溶解。不同的金属层开始溶解时，电极之间的电压发生突变。3.3 每种金属或同种金属件都需要一定的电压(电化学电位来维持退镀时的恒电流。当一镰层溶解完而下一镰层暴露时将会发生电压变化(假设电流恒定且两层镰层间存在电化学特征差别)，出现电压变化所耗去的时间(从试验开始或上一电压变化开始时计时就是镀层厚度的量度。3.4 测量厚度的同时，还可以观察电压变化的幅度，即与另一层相比，榕解或退镀是更容易或更难。所需电压较低，则该金属较活泼，或者说与其邻接较稳定金属相比其腐蚀倾向较大。3.5 在金属层特性相似、退镀电压变化小的情况下，测量退镀槽(阴极)和试样(阳极之间的电压变化
7、时可能会出现问题。当试样发生阳极搭解时，在退镀槽(阴极)表面发生阴极过程，由于阴极表面的变化，也会造成电压变化加大，从而妨碍阳极电压的变化。通过在电解槽中放置未极化的第三电极(参比电极测定溶解中的阳极试样的电位可克服此困难。记录此电位，可较方便地检测各层之间的电化学活性差。3.6 根据溶解所耗去的电量(电流密度时间)、溶解的面积、锦的电化学当量、阳极效率和镰层的密度，可计算任一规定锦层的厚度。4 意义和应用4.1 多层镰镀层提高耐蚀性的能力与其各层间的电化学电位之差(相对于参比电极，在一定电解液中和一定的电流密度条件下测定和各层的厚度存在函数关系。电位差必须足以造成光亮镰或顶层相对于在此之下的
8、半光亮镰层发生优先的牺牲性的腐蚀。4.2 本标准可直接测量镀件而不是分离下来的销试样的电位差，溶解所耗的时间确定每层厚度，而各镰层之间的电位差是整个镰镀层耐蚀性的指标。JB厅10534-20054.3 对此试验结果的解释和评价应经供需双方商定。注:本标准可用于帮助预测镀于产品上的经受其他介质腐蚀的多层镰镀层的耐蚀性。应了解，由于许多因素影响零件实际使用中的耐蚀性能，试验中不同多层镇镀层的性能不能作为这些镀层在使用中的耐蚀性的绝对指标。5 仪器5.1 电解液成分氯化镇(NiCh 6H20) : 300gIL 氯化铀(NaCl): 50gIL 跚酸(H3B03): 25g几pH值:3.0 注:pH
9、值可用稀盐净化水:用GB厅66825.2 恒电流源应有一套电流在(0-为O.08cm2的密封圈、达到此目的)。5.3 电解液搅拌器所有商品库仑测厚仪5.4 记录仪任何输入阻抗至少为15.5 退镀槽电流源。当采用退镀面积8mlmin (采用5.1的溶液可与其他电源配合使用。时间类记录仪都可采用。其结构与商品退镀槽类似。通常是用316不锈钢、蒙乃尔合金或塑料制成的杯形槽，此槽通过圆形橡胶或塑料密封圈与试样或试件接触。贯通电解槽和密封圈的孔使电解液与试样接触，而且确定退镀面积。注:退镀槽可用塑料做成，用圆柱形不锈钢或蒙乃尔合金薄板作阴极安装于槽的上半部。这样的电解槽的优点在于。该框架组件上部有供联结
10、注1:银电极在使用前要先调整以形成银/氯化银表面。将大约75nPn的银结就ArfN盐酸溶液中，以34.7mA的阳极电流进行(1O15)s的阳极处理，即可容易地达到此目的，这在想壁1:形成灰色膜，而且此膜总是存在。一旦灰色膜形成，除非膜被除去，否则不一定要再重复进行调整处理，但是若电极长时间未活化或长期处于干燥状态，则应再调整之。电极不用时应浸于盐酸调整液、电解液(见5.1)或蒸饵水中以避免其干燥。注2:现已有商品化的不要求调整的陶瓷联通参比电极。5.8 毫伏计(选配件)当采用灵敏的或校正好的记录仪时，不一定要毫伏计。但在需要时，可采用各种灵敏的具有高输人阻抗的毫伏计。具有毫伏调节的标准pH计可
11、满足要求。此毫伏计的量程应为(0-20)mV，若采用具有低输出阻抗的毫伏计，则可用于驱动记录仪，并可用作缓冲放大器。大多数实验室pH计具有这样的输出端(见图2)。2 JB厅10534-2005注:毫伏计应具有高输入阻抗，低输出阻抗。典型的pH计的输入阻抗为10140。数字计的输入阻抗至少为1070，6 程序毫伏表(选用)记录仪(+) 1 1(-) 图2高阻抗毫伏表作为缓冲6.1 按厂方的建议或图l装好设备。必要时，接好记录仪、辜仍十，使之预热。6.2 若镇表面存在铭，则用浓盐酸除去，保证镰表面洁净、充分漂洗并干燥。恒流源退缀槽注:像许多商品化库仑测厚仪一样，利用退镀槽可除去镑。若按此操作，电解
12、槽和密封圈要按6.3和6.4与试样联结，但不得插入参比电极组件，向电解槽中添加退镀铅用的普通退镀液CGB厅4955所述测量方法)，将电解槽、试件接通电源，外加电流到除去锚为止。试样表面出现密集的气泡说明锚已被完全除去。除去槽中的退镀液，不移动或破坏密封圈与试件表面的密封。用净化水洗涤电解槽三次。用电解液(见5.川.1)进行到6.56.3 水平安装好试样，使已退铭的镰面恰好处于电解槽密封圈底下。6.4 降下退镀槽组件，将电解槽密封圈与镰表面密封固定。大约需直径为10rm口的平整的试验面积，但不作强行要求。判断标准是电解液不泄漏，若发生泄漏，则终止试验，并另在一新部位重新开始。3 JBtr 105
13、3牛-20056.5 用电解液(见5.1)充装退镀槽到适当水平，保证溶液内未进入空气。6.6 按要求将参比电极组件下降进入退镀槽。注:包含有参比电极的电解液搅拌管的插入深度很重要，此深度要尽可能相同，参比电极的固定应使电极距试样端的距离可在lmm内重现，而且能在整个试验中保持不变。应记住，重要的是测定电位差，而不是绝对的电位值.6.7 检查所有的电连接部位，保证连接牢固。接触点不应有腐蚀，所有接触点都要接触紧密。6.8 启动记录仪需要时，接通毫安计)。记录仪必须要校正，以确定镰层的厚度，利用已有的商品标准厚度片或法拉第定律可做到这点。后者需要有关电流、腐蚀面积、媒的电化学当量、镇的密度、电流效
14、率以及记录仪的计时等参数。示例:若恒电流丽、输出30mA.记录仪计时为30mmlnn.退镀面积为O.08cm2退镀2.5m锦需要19.2s.记录纸将移动9.6mm。可用如下的通用方程式计算slAl T=一一一一0.303v 式中:L-一记录纸移动长度，单位为mm;1卢一记录纸走动速度，单位为mrn!min;I一一电解槽电流，单位为rnA;A一寸垦镀面积，单位为cm飞T一一镇厚度，单位为.m，常数(0.303)是由锦的电化学当量和密度计算得出。6.9 接通恒电流源和搅拌器，开始退镀反应，连续记录直到达到镇的下层表面。从图上的电压突变点可辨别测量终点。若基体金属为铮、铁或钢，则电压会降低:若基体金
15、属为铜或黄铜，则电压会升高。6.10 断开搅拌器、恒电流源、记录仪和毫安计而停止试验。拆去电极装置，倒出电解槽中的退镀液，用净化水洗涤电解槽三次后再进行下次试验。6.11 此试验基于测定从一特定面积上除去一定量的镰的电流.时间关系，见图3，曲线代表从0.08cm2的面积上溶解25m的镰的电流一时间关系。可按需要由方程式计算退镀速度，或直接由图计算。知道试验所耗时间则可计算退镀的厚度。60 50 nun A件句3当恒时幅画20 10 l i时间mIn; 溶解速度mlmin 溶解25m的镇(电流效率为100%，以0.08cm2面积溶解)的电流时间曲线9 lEI-2300 7 tt-EI-t，1,1
16、nxu 句381lllny ltn 1 2 -BEEl-2,3 1 图3。4 式中tA一寸垦镀面积，单位为cd:T一一锦层厚度，单位为cm;p一锦的密度，8.90glcm3; E一一-E=0.0003041g/A S; 才垦镀时间，单位为SoATP 1 (A) =一一Et 注:已有商业设备能有效地改进和简化上述程序。7 影晌测量精度的因素7.1 退镀槽中沉积过量金属JB厅10534-2005在退镀槽(阴极内侧过量沉积锦或形成须状物，尤其是在密封圈孔附近形成时会造成错误结果，并产生噪音曲线。发现沉积时，要按厂方的说明或如下方法彻底除去。7.1.1 若采用金属槽作阴极，则:7.1.1.1 用圆的细
17、铿饺可以用钻床、或钦床)。7.1.1.2 在四份浓硫酸和一份浓硝酸的溶液中浸泡(15-20)S。若是316不锈钢电解槽，则浸泡于浓硝酸直到溶去镇。7.1.1.3 在净化水中漂洗然后干燥。7.1.1 .4 尽可能多次重复7.1.1.1到7.1.1.3的操作，以除去全部金属沉积，每10次试验之后应作一次清洗，或者按要求进行频率更高的清洗。注:退镀槽先闪镀镰后再用可防止过度沉积或密封圈孔周围生长树枝状物，而且不要求如此经常的清洗。7.1.2 若用金属搅拌管作阴极，则:7.1.2.1 在密封圈下放置不锈钢或镰板，降下电解槽，然后用去离子水漂洗。7.1.2.2 用。2.5)M硫酸充装电解槽，将电流极性反
18、向，退除搅拌器管上的媒，通大约55mA的清洗电流清洗大约45s可去除管上的镇。若镰未完全除去，则排干电解槽，重新用硫酸充装，然后重复进行清洗。7.1.2.3 用水彻底清洗电解槽。7.1.2.4若搅拌器看起来仍有镀层，则用软橡皮擦去镀层，随即用水漂洗。7.2 参比电极准备若电极一天未使用或已干燥一段时间，则进行一次或两次调整才能进行适当的试验(见5.7注1)。7.3试样表面的清洁度要保证试验面积内的水膜接触完整彻底、元外来物等。已于空气中暴露一段时间的镰表面可能会钝化，要轻轻打磨去除氧化膜后再进行试验(一般用橡皮轻轻擦去即可，否则，用稀硫酸清洗。7.4 阳极面积变化只需施加适当的压力将密封圈与试
19、样表面密封，不让溶液泄漏。压力过大会破坏密封圈，并改变关键的阳极退镀面积。若试验结果变化大，则用放大镜检查所得到的阳极退镀面积，以确定此面积尺寸是否有变化。阳极面积的细小变化会导致试验结果的较大改变。密封圈所确定的面积因密封圈的不同而迥异，当采用不同的密封圈时，须重新校正仪器。7.5 电气噪音为获得良好的、平滑的曲线，要除去外电压波动引起的电气噪音。若采用距电解槽尽可能短的导线的缓冲放大器来驱动记录仪，可得到有效的结果。将导线与试验槽屏蔽是有益的(见图2)。若曲线发现严重噪音(误差)，则用同一面积至少作两条曲线以确定结果是否有用和稳定。也可能需要将滤波器接人恒电流源的电源线。5 JB厅1053
20、4-一20057.6 搅拌器管插入深度若搅拌器管内有参比电极，则每次将管子插入电解槽同样深度(见6.6注)但不要深到屏蔽或干扰退镀面积的程度。7.7 镇不完全溶解即使观察到明显的终点，锦可能并未完全溶解，可能留下小块岛状镇，或出现退镀面积J司围不规则或不均匀的现象。这可能是电解槽与镀层表面不垂直所致。每次试验后应用放大镜检查试验部位。8 结果解释8.1 本次试验所得到的数据将(电位)为Y轴的标绘图。各Y轴上曲线幅度的变化来确定8.2 见图4a)，可以看出，厚度大约14m处出现较大为3m的闪镀镖，其后为11而是倾斜的或滑移的，所以8.3从半光亮镰层的毫伏图4a)。光亮镰C730mV)-145mV
21、。8.4 许多时候，差最小，半光亮镰差的光亮媒的读数应取自曲则采用指示计(数字显示)9 精确度和偏差9.1 每一试验面积上在相隔上多次试验的结果特性所致。9.2 在一些情况下，所获得的曲线可显示光亮镜、(于直线的偏离)。厚的镀层的这种变化比正常的多层镀层更明显。级阶图的上升部分的延伸相比，此曲线的变化更大。为了伏读数在曲线上升之前2阳丑位置读取，即图4b)的A点，的毫伏读数取自曲线上升后2m处，即图4b)中的B点(多层媒中含有高电位的薄层(见9.1注时，光亮镰的电2m处。注:曲线中的级阶绝不会是垂直线，当光亮镰溶解时，)为X轴以镰层的毫伏值，而电化学电位差则由m处，然后沿曲线在曲线的第一部分代
22、表厚度阶的上升一般不是垂直的，间的电化学电位差，见，即光亮镰比半光亮镰为使这样的曲线的读数误2m处读数。计算电位定期的(每隔15s30s), 。同一试件的同一面积中。的不规则度，例如:漂移说明与正常变化相比或与曲线时，光亮镇的毫，半光亮镇的半光亮镰所致)。电位层而产生的倾斜之前关。在此点，测定的电位增加，而且，在半光亮镰彻底暴露之前继续增加，除非是镰溶解而在溶坑壁上形成光亮镇。从这点之后记录的电位主要取决于半光亮镰。9.3 确定曲线上升部分的中点可能很难，而且要进行说明。首先确定电位读数点(见图4中的点A和B), 然后在X轴上取这些电位点之间的中点或镇厚度的中点便可得到严格的近似值。C见图4b
23、) 6 注:还有另一方法确定曲线弯曲点一一最大斜率点。若用肉眼看不清楚，则用一直尺会有帮助。见图4b)，用直线画出曲线中的级阶部分。而图中最大斜率区段应该为有限长，即图4b)中线段C-D，则线段的中点可以被确定。JBfI10534-一2005300glL 25gIL 50gIL 银-银参比电饭电解1蓝:NiCI 6H20 H3B03 NaCI in-恕划将司铜基体875mV -t E 35 30 5 / / / 半光亮镰电位,4/ Aa-mw划耀B 盟主/ / A E dm附刻将-41C D 镣层厚度mb)中部镇层厚度曲线图47 的OON-寸的的。F阳气筒华人民共和机械行业标准多层镇镀层备层厚度和电化学电位同步测定法JB厅10534-25国由* 机械工业出版社出版发行北京市百万庄大街22号邮政编码:1037 * 开本89伽Ill1X124仇nm1116. 0.75印张.19千字2006年2月第1版第1次印刷定价:10.元* 书号:15111.7731 网址:http:价NW编辑部电话:(010) 88379779 直销中心电话:(010) 88379693 封面无防伪标均为盗版侵权必究版权专有
