工艺参数对Ni-Fe-Co三元合金镀层形貌及耐蚀性的影响

2015-03-25王久胜李雪松

电镀与环保 2015年6期

姜义，王久胜，李雪松

（1.长春工程学院理学院，吉林长春130012；2.吉林油田矿区燃气管理服务公司，吉林松原138001；3.长春工业大学先进结构材料省部共建教育部重点实验室，吉林长春130012）

姜义1，王久胜2，李雪松3*

通过电沉积方法在钢基体表面制备Ni-Fe-Co三元合金镀层。讨论了电流密度、温度、p H值对合金镀层表面形貌及耐蚀性的影响。结果表明：在电流密度6 A／dm2，p H值3.6，温度65℃的条件下，获得的合金镀层均匀致密，显微硬度较高且耐蚀性较好。

电沉积；Ni-Fe-Co三元合金镀层；极化曲线

0 前言

合金电镀一直是电镀新工艺开发的重要领域。以往为取代昂贵的镀镍而开发的Cu-Sn合金，就是其中的一种。现在的代镍和节镍镀层，也都是各种合金。这是因为合金可以综合单一金属的优点，并具有单一金属所不具备的新特性［1-3］。镍被广泛用于钢铁的防护性镀层。随着汽车行业的快速发展，汽车的耐盐防护性备受关注。在开展高耐蚀性镀层的研究中，镍基合金的研究引人注目［4-5］。

Ni-Fe-Co三元合金镀层具有高强度、高塑性、低内应力等优异性能。本文利用电沉积方法制备Ni-Fe-Co三元合金镀层，通过调整电流密度、温度和p H值等工艺参数，获得最佳工艺条件，并对最佳工艺条件下所得合金镀层的微观结构及耐蚀性进行了分析。

1 实验

1.1 实验材料

采用规格为4 mm×2 mm×2 mm的低碳钢板作为阴极；采用电解镍板及纯铁作为阳极，且镍铁阳极采用分挂的方式。

1.2 实验设备

采用直流电镀电源调整电流密度；采用自动循环过滤装置保证镀液的纯净和均匀；采用可自动控制的恒温水浴控制镀液温度；采用辅助机械搅拌保证阴极试样表面液层中的成分相对稳定，以避免浓差极化的影响。

1.3 工艺流程

工件前处理→ 测量尺寸→ 装挂→ 水洗→化学除污→ 水洗→ 弱腐蚀→ 水洗→ 复合电镀→ 水洗→ 吹干→ 拆卸

1.4 镀液组成及工艺条件

FeSO4·7H2O 45～180 g／L，CoSO4·7H2O 4～40 g／L，NiCl2·6 H2O 40～50 g／L，NiSO4· 6H2O 220～320 g／L，H3BO335 g／L，抗坏血酸钠2～5 g／L，十二烷基硫酸钠0.3～1.0 g／L，糖精0.5～2.0 g／L，p H值2.8～4.0，3～12 A／dm2，35～65℃，1 h。

1.5 测试方法

（1）采用JSM-5600LV型扫描电镜观察合金镀层的表面形貌。

（2）采用HXD-1000型显微硬度仪测量合金镀层的显微硬度，加载载荷100 g，加载时间15 s。每个试样测试10个点，取平均值。

（3）采用IVIUM型电化学工作站测试合金镀层在3.5%的NaCl溶液中的极化曲线。测试时采用三电极体系。

2 结果与讨论

2.1 合金镀层的表面形貌

图1为不同电流密度下所得合金镀层的表面形貌。由图1可知：电流密度对合金镀层的表面形貌影响较大。当电流密度为6 A／dm2时，镀层晶粒最为均匀、细致，外观也较为平整、光亮。低电流密度下，镀层沉积慢，镀层的形核速率小于晶粒的长大速率，所以晶粒较大，镀层较为粗糙。高电流密度下，虽然镀层的沉积速率加快，但是过高的电流密度容易导致镀层烧焦或出现结瘤［6］。

2.2 合金镀层的显微硬度

显微硬度是衡量镀层质量的重要标志之一。采用显微硬度仪对不同工艺参数下得到的合金镀层进行显微硬度测试，结果如表1、表2和表3所示。温度和p H值对合金镀层的显微硬度影响较大。在低温和低p H值条件下，镀层极薄，甚至出现无镀层的现象。正交试验结果表明：在电流密度6 A／dm2、温度65℃、p H值3.6的条件下，获得的合金镀层具有最高的显微硬度，达到5 420 MPa。

2.3 合金镀层的极化曲线

图2为不同电流密度下所得合金镀层在3.5%的NaCl溶液中的极化曲线，温度为65℃，p H值为3.6。由图2可知：当电流密度为6 A／dm2时，合金镀层具有最正的自腐蚀电位及最小的自腐蚀电流密度。因为在此电流密度下获得的合金镀层更为均匀、细致，不易产生过多的腐蚀原电池，所以其表现出较好的耐电化学腐蚀性能。

图3为不同温度下所得合金镀层在3.5%的 NaCl溶液中的极化曲线，电流密度为6 A／dm2，p H值为3.6。由图3可知：当温度为65℃时，合金镀层的耐电化学腐蚀性能最好，具有最正的自腐蚀电位，且自腐蚀电流密度也较小。

图4为不同p H值下所得合金镀层在3.5%的NaCl溶液中的极化曲线，电流密度为6 A／dm2，温度为65℃。由图4可知：当p H值为3.6时，合金镀层具有更好的耐电化学腐蚀性能，自腐蚀电位为-0.948 V。

由以上极化曲线可知，在电流密度6 A／dm2，温度65℃，p H值3.6的条件下获得的合金镀层具有较好的耐电化学腐蚀性能。这也与上面的显微硬度测试结果相符合。这主要是因为在此工艺条件下获得的合金镀层结晶均匀、细致，晶界等缺陷少，在晶界和晶粒之间形成的腐蚀微电池也少，大大地提高了其耐蚀性［7-8］。

3 结论

（1）电流密度对合金镀层的表面形貌影响较大。当电流密度为6 A／dm2时，镀层的晶粒最为均匀、细致，形貌也较为平整、光亮。

（2）在电流密度6 A／dm2，温度65℃，p H值3.6的条件下获得的合金镀层具有最高的显微硬度及较好的耐电化学腐蚀性能。

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［6］许爱忠，胡文彬，沈斌，等.锌-镍合金镀层耐蚀性机理研究进展［J］.电镀与环保，2000，20（3）：1-5.

［7］李雪松，马立军，高金芝，等.电流密度对光亮镍-铁合金镀层表面形貌及耐蚀性的影响［J］.电镀与环保，2009，29（3）：7-9.

［8］吴化，李雪松，赵国良，等.超声作用对镁合金表面电沉积层组织与性能的影响［J］.材料热处理学报，2011，32（3）：153-158.

Effects of Technological Parameters on the Morphology and Corrosion Resistance of Ni-Fe-Co Ternary Coatings

JIANG Yi1， WANG Jiu-sheng2， LI Xue-song3*
（
1.School of Science，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China；2.Jilin Oilfield Mining Area Gas Management Service，Songyuan 138001，China；3.Key Laboratory of Advanced Structural Materials，Ministry of Education，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

Ni-Fe-Co ternary coatings were prepared on steel substrate by electrodeposition.Effects of current density，temperature and p H value on the surface and corrosion resistance were discussed.Results showed that the ternary coatings obtained under the conditions of current density 6 A／dm2，p H value 3.6 and temperature 65℃with uniform and dense morphology，higher microhardness and better corrosion resistance.

electrodeposition；Ni-Fe-Co ternary coating；polarization curve

TQ 153 文献标志码：A 文章编号：1000-4742（2015）06-0005-03

2015-07-28

国家自然科学基金（11304021）；吉林省教育厅计划项目（吉教科合字［2015］第290号）