Cr-Fe-ZrO-,2-復(fù)合鍍層的制備及其性能研究.pdf

1、隨著電鍍工業(yè)的發(fā)展,多功能合金鍍層的研究和應(yīng)用日益廣泛。為了取代傳統(tǒng)的六價鉻工藝,三價鉻體系的電鍍工藝研究十分活躍,直接從無環(huán)境污染或低環(huán)境污染的三價鉻鹽水溶液體系電沉積鉻或鉻合金,一直是表面工程研究者誘人的課題。鐵鉻合金有漂亮的外觀,耐腐性好,可以用來代替不銹鋼,降低不銹鋼的用量。考慮到ZrO2是一種具有高韌性、高強度、耐磨性好和抗腐蝕性能優(yōu)良的無機非金屬材料,在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。本文將ZrO2顆粒加入到鉻鐵鍍液中,用復(fù)合電

2、沉積方法制備出性能良好的Cr-Fe-ZrO2復(fù)合鍍層。系統(tǒng)地研究了低濃度Fe2+對電沉積三價鉻的影響,ZrO2顆粒在水溶液和鉻鐵鍍液中的分散,以及Cr-Fe-ZrO2復(fù)合電沉積工藝對鍍層性能的影響。用XRD和SEM研究了鍍層的成份、結(jié)構(gòu)和表面形貌,并對Cr-Fe-ZrO2復(fù)合鍍層進(jìn)行結(jié)合力、耐蝕性、孔隙率、硬度等性能進(jìn)行測試。研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　 (1)在三價鉻鍍液中加入低濃度的Fe2+,用電沉積的方法研究Fe2+對鍍層的

3、影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):低濃度Fe2+對電沉積三價鉻有促進(jìn)作用。Fe2+濃度都為10～40mg/L，電流密度為7～8 A/dm2,電沉積25 min可以得到外觀光亮,呈鏡面的鉻鍍層,鍍層平均厚度為0.36～0.77μm,鍍層中的鐵含量約為1.32％～3.95％,基本上可以滿足工業(yè)上裝飾鍍鉻的厚度要求。三價鉻鍍液的陰極極化曲線表明:三價鉻電沉積主要經(jīng)歷四個歷程；加入Fe2+后,極化曲線位于電位更負(fù)的區(qū)域,說明Fe2+能使陰極極化增強,更有利于三價

4、鉻的電沉積。實驗中發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生藍(lán)膜很有可能是鉻鍍層沉積的必要條件。
　　 (2)在水溶液中,研究了納米ZrO2顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象,選擇了比較合適的陰離子型分散劑聚丙烯酸鈉,合適用量為3％；ZrO2粉體的等電點在pH=6左右,加入分散劑后等電點在pH=2.3左右,且在pH=1～2范圍內(nèi)有較高的Zeta電位,分散比較穩(wěn)定。在鉻鐵鍍液中,研究了分散劑的用量,分散形式和時間選擇,得出了較好的分散方法,即分散劑聚丙烯酸鈉的用量為ZrO2含量的1

5、％,超聲分散20 min,能夠得到分散效果較好的復(fù)合鍍液。比較了分散劑對鍍層表面形貌的影響,分散劑可以使微粒比較均勻地分散于整個鍍層中。
　　 (3)通過單因素實驗方法,探討了Cr-Fe-ZrO2復(fù)合電沉積的主要影響因素,即電流密度、鍍液pH、攪拌速度、攪拌速度、電鍍時間、溫度、Fe2+濃度和ZrO2濃度。采用正交表L18(37),研究得到了Cr-Fe-ZrO2復(fù)合電沉積的最佳工藝條件為:電流密度14.A/dm2、鍍液pH=1.

6、5、攪拌速度300 r/min、電鍍時間25 min、溫度為20℃、Fe2+濃度0.4 g/L、ZrO2濃度20 g/L。在最優(yōu)工藝條件下所得的Cr-Fe-ZrO2復(fù)合鍍層外觀呈準(zhǔn)鏡面；SEM檢測表明鍍層表面光滑細(xì)致,無針孔,但有明顯的均勻的裂紋；復(fù)合鍍層中的主要元素為:Cr40.83％(w)、Fe34.12％(w)、O11.28％(w)和Zr7.18％(w),ZrO2與Cr、Fe元素實現(xiàn)了共沉積。
　　 (4)采用掃描電鏡(S

7、EM)和XRD對Cr-Fe-ZrO2復(fù)合鍍層的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)ZrO2顆粒與Cr、Fe實現(xiàn)了共沉積形成Cr-Fe-ZrO2復(fù)合鍍層。鍍層中存在均勻的微裂紋,ZrO2顆粒均勻的彌散分布于整個鍍層中,能明顯的細(xì)化鍍層的裂紋及微晶結(jié)構(gòu),XRD表明復(fù)合鍍層呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。通過測試鍍層結(jié)合力、耐蝕性、孔隙率等發(fā)現(xiàn)Cr-Fe-ZrO2復(fù)合鍍層比Cr-Fe合金鍍層更加致密,鍍層孔隙率較少。當(dāng)復(fù)合鍍層中的Zr含量為4.12％(w)時,鍍層的顯