三價(jià)鉻體系Cr-Al2O3納米復(fù)合電沉積的研究.pdf

1、納米復(fù)合電沉積技術(shù)是近幾年來(lái)高速發(fā)展的一種新興的復(fù)合表面技術(shù)，在工程中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。納米復(fù)合鍍過(guò)程的納米團(tuán)聚已成為納米復(fù)合鍍技術(shù)發(fā)展的瓶頸。納米顆粒分散不佳的納米復(fù)合鍍層，其性能也得不到很大提高。因此，為了得到納米復(fù)合鍍層的最佳機(jī)械性能，顆粒的分散至關(guān)重要。三價(jià)鉻由于其毒性較低，只有六價(jià)鉻毒性的1％，污水處理簡(jiǎn)單，符合社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。另外，三價(jià)鉻電鍍還具有結(jié)晶速度快，鍍液的分散能力與深鍍能力優(yōu)異，電沉積時(shí)不受電流中斷影響等

2、優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)越來(lái)越受到學(xué)者們的青睞。納米氧化鋁是一種具有高熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐磨性及耐腐蝕性能優(yōu)良的無(wú)機(jī)非金屬材料，已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。本文將納米Al2O3粉末加入鍍液中，通過(guò)復(fù)合電沉積技術(shù)使納米Al2O3與鉻發(fā)生共沉積，生成性能良好的Cr-Al2O3復(fù)合鍍層。并系統(tǒng)地研究了納米Al2O3在水溶液和在鍍液中的分散的情況。探討了鍍液中各成分及工藝條件對(duì)Cr-Al2O3復(fù)合鍍層性能的影響。采用SEM、EDS及XRD分別測(cè)

3、定了鍍層的表面形貌、組成及組織結(jié)構(gòu)，檢測(cè)了鍍層的結(jié)合力、耐蝕性和硬度等性能。最后采用循環(huán)伏安曲線，陰極極化曲線等電化學(xué)測(cè)試方法研究了Cr3+電沉積機(jī)理。研究結(jié)果如下：
　　 (1)在水溶液中，研究納米Al2O3顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，Al2O3顆粒的等電點(diǎn)在pH=9左右，加入分散劑檸檬酸銨后，等電點(diǎn)變化不大，但在酸性范圍內(nèi)有較高的Zeta電位，分散比較穩(wěn)定。同時(shí)，通過(guò)沉降實(shí)驗(yàn)，超聲分散20分鐘，從不同類型的分散劑中選擇了分散效果較好的非

4、離子性表面活性劑檸檬酸銨，合適用量為2％，即檸檬酸銨的用量為納米Al2O3顆粒的2％，得到分散效果較好的溶液；將分散劑檸檬酸銨應(yīng)用于鍍液中，仍具有一定的分散效果，但略差于在水溶液中的情況，同時(shí)比較了分散劑對(duì)鍍層表面形貌的影響，發(fā)現(xiàn)加入分散劑可以使納米Al2O3顆粒比較均勻的分散于整個(gè)鍍層中。
　　 (2)通過(guò)單因素探索試驗(yàn)，研究了甲酸銨、輔助絡(luò)合劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、AlCl3·6H2O、納米Al2O3粉末、電流密度、pH、溫度、

5、攪拌速率、電沉積時(shí)間等對(duì)復(fù)合鍍層性能的影響。并用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)方法，確定了甲酸銨、輔助絡(luò)合劑、分散劑、AlCl3·6H2O對(duì)納米復(fù)合鍍層外觀、厚度以及納米氧化鋁的含量的影響，確定了最佳鍍液配方，結(jié)果表明：在一定工藝條件下，以甲酸銨18.9g/L，輔助絡(luò)合劑3.85g/L，分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％，結(jié)晶氯化鋁12g/L所得的鍍層外觀光亮，厚度達(dá)到13.90μm。SEM和EDS檢測(cè)結(jié)果表明，鍍層表面光滑細(xì)致，納米Al2O3粒子均勻分散于鍍層

6、中，但不足的是有少許Al2O3粒子發(fā)生團(tuán)聚。鍍層中主要含有Cr、O和Al三種元素，其中Al的平均原子比重為10.90％，納米Al2O3與Cr實(shí)現(xiàn)了共沉積。
　　 (3)采用SEM、XRD表征了鉻復(fù)合鍍層的表面形貌、成分、晶相組織結(jié)構(gòu)等，結(jié)果表明：?jiǎn)谓饘巽t鍍層裂紋明顯較多，且裂痕較粗較深；而鉻的復(fù)合鍍層中裂紋數(shù)目較少，且裂痕較細(xì)較淺。納米Al2O3粒子的沉積，能明顯地細(xì)化鍍層微晶結(jié)構(gòu)。而且，XRD檢測(cè)表明所得Cr-Al2O3復(fù)合鍍

7、層為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；結(jié)合力實(shí)驗(yàn)表明Cr-Al2O3復(fù)合鍍層與銅基體結(jié)合力良好；硬度檢測(cè)表明，鍍層中納米Al2O3粒子的存在，可以使鍍層硬度達(dá)到1362.3HV；鍍層的交流阻抗實(shí)驗(yàn)和塔菲兒實(shí)驗(yàn)表明，納米Al2O3顆粒的加入使得Cr-Al2O3復(fù)合鍍層在中性、酸性及堿性介質(zhì)中其耐蝕性均優(yōu)于純鉻鍍層。
　　 (4)循環(huán)伏安曲線表明隨著掃描速率的增加，峰電流增加，Cr3+放電的峰電位負(fù)移，且其電沉積過(guò)程均為不可逆過(guò)程。陰極極化曲線表明，Cr