脈沖電沉積(Ni-Co)-Al2O3復(fù)合鍍層及其性能研究.pdf

1、在直流、單脈沖、周期換向脈沖三種電流方式下，采用逐層深入的方法，以鍍層中的Al2O3含量、鍍層硬度以及宏觀殘余應(yīng)力為主要評價(jià)指標(biāo)，得出電鍍液的組成及操作條件為：硫酸鎳250g/L，氯化鎳45g/L，硼酸30g/L，硫酸鈷3g/L，陰離子表面活性劑0.05g/L；pH值4.3，攪拌速率250r/min，鍍液溫度43℃；電流密度2A/dm2，正向工作時(shí)間3ms，正向工作比0.3，正向脈沖平均電流密度2.22A/dm2，反向工作時(shí)間3ms，反

2、向工作比0.1，反向脈沖平均電流密度0.22A/dm2。利用SEM、TEM、XRD、EDS以及XPS等手段分析鍍層的結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用Tafel線性外推法、循環(huán)陽極極化曲線、電化學(xué)交流阻抗以及摩擦磨損實(shí)驗(yàn)等手段對其耐蝕及耐磨性能進(jìn)行評價(jià)。
　　在直流電沉積的擴(kuò)散理論基礎(chǔ)上，建立了脈沖電沉積的雙擴(kuò)散層模型，靠近電極為脈沖擴(kuò)散層，擴(kuò)散層內(nèi)金屬離子的濃度隨脈沖電流的頻率而波動(dòng)；脈沖擴(kuò)散層外面包圍著一層穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散層，其中離子的擴(kuò)散速度在整個(gè)過程

3、中基本是穩(wěn)定的，作用是將主體溶液中的離子不斷向脈沖擴(kuò)散層中補(bǔ)充。單脈沖擴(kuò)散層的厚度僅取決于陽離子擴(kuò)散系數(shù)和脈沖導(dǎo)通時(shí)間，與溶液本體濃度無關(guān)。
　　直流電沉積時(shí)，基質(zhì)金屬的沉積連續(xù)進(jìn)行，粒子在電極表面不間斷嵌入鍍層；單脈沖電沉積由于脈沖間歇的存在使得具有較大體積的粒子會脫附,重新回到溶液中；采用周期換向脈沖時(shí)，反向脈沖電流使表面荷正電的較大的粒子更易從電極表面脫附，同時(shí)，反向脈沖電流對基質(zhì)金屬的溶解作用，也會促進(jìn)粒子的脫附，因此鍍層

4、中復(fù)合粒子尺寸最小。隨著鍍層中粒子復(fù)合量的增加，三種鍍層的晶粒都明顯細(xì)化，說明 Al2O3的存在阻止了晶粒的長大，提高了電沉積過程中晶核的形成速率。適當(dāng)功率超聲作用下電沉積獲得的復(fù)合鍍層，基質(zhì)金屬Ni的晶粒尺寸更小，Al2O3在鍍層中的分布狀況有較大程度的改善，但會增加鍍層的應(yīng)力，降低粒子的復(fù)合量。鍍液中少量稀土添加劑的加入可以使基質(zhì)金屬晶粒明顯細(xì)化，增加鍍層中Al2O3粒子的復(fù)合量，提高復(fù)合鍍層硬度，降低宏觀殘余應(yīng)力。
　　復(fù)合

5、鍍層主要由面心立方的Ni組成，同時(shí)存在較弱的Al2O3衍射峰，但并未發(fā)現(xiàn)Co元素的衍射峰，說明Ni的晶格中部分位置被Co取代，形成固溶體。直流電沉積的(Ni-Co)/Al2O3復(fù)合鍍層中基質(zhì)金屬Ni主要沿（200）晶面擇優(yōu)取向，而單脈沖及周期換向脈沖電沉積的復(fù)合鍍層中基質(zhì)金屬Ni沿（111）晶面擇優(yōu)取向。隨著鍍層中Al2O3含量的增加，Ni的（111）和（200）面衍射峰的強(qiáng)度均降低，半峰寬變大，說明鍍層的晶粒細(xì)化。
　　直流、單

6、脈沖及周期換向脈沖波形下制備的三種復(fù)合鍍層，無論是在酸性、堿性還是中性腐蝕介質(zhì)中，隨著鍍層中Al2O3粒子復(fù)合量的增加，耐蝕性能都呈下降趨勢；當(dāng)鍍層中的粒子復(fù)合量基本相同時(shí)，周期換向脈沖復(fù)合鍍層的耐蝕性最佳。空氣高溫氧化及高溫鹽膜腐蝕實(shí)驗(yàn)表明：三種鍍層中，粒子復(fù)合量增加均有利于提高抗高溫氧化性能，周期換向脈沖復(fù)合鍍層的性能最佳。三種復(fù)合鍍層的高溫鹽膜腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線趨勢大致相同，隨Al2O3微粒復(fù)合量的增加，腐蝕增重速率均降低。鍍層表面的

7、基質(zhì)金屬首先被空氣氧化生成氧化物，之后氯離子會置換氧化物中的氧離子，生成的氯化物將以濃度梯度為驅(qū)動(dòng)力向外擴(kuò)散，再被空氣氧化生成氯滲入腐蝕層與鍍層交界處,將更深層的鍍層氧化，形成不斷循環(huán)的“活化-氧化”過程，使鍍層不斷發(fā)生腐蝕。鍍層中Al2O3微粒的存在并沒有改變氧化腐蝕機(jī)制，但能有效的抑制Ni的氧化速率，提高鍍層的抗氧化腐蝕能力；周期換向脈沖復(fù)合鍍晶粒細(xì)化和粒子均勻分布促進(jìn)鍍層各處腐蝕速度平均。
　　三種方法獲得的(Ni-Co)/