氯化物體系Cr-Ni-ZrO2復合電沉積研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)對材料表面性能要求的提高,多功能合金鍍層的研究和應用日愈廣泛。鉻及其合金鍍層不僅外觀漂亮,還具有硬度高、耐磨性好、耐蝕性好等優(yōu)點,已得到廣泛的研究和應用。為了取代重污染的六價鉻電鍍,國內(nèi)外學者致力于研究環(huán)保、低毒的三價鉻體系電鍍,但三價鉻體系的電鍍還存在鍍液不穩(wěn)定、鍍層難增厚等問題。二氧化鋯是一種具有高熔點、熱膨脹系數(shù)大、導熱系數(shù)小、耐磨性及耐腐蝕性能優(yōu)良的無機非金屬材料,已被廣泛應用于各種領域。本文將納米ZrO2粉末加入鍍

2、液中,通過復合電沉積使納米ZrO2與鉻、鎳發(fā)生共沉積生成性能良好的Cr-Ni-ZrO2復合鍍層。研究了在低電流密度區(qū),低濃度的Ni2+對三價鉻電沉積的影響。探討了鍍液中各成分及工藝條件對電沉積Cr-Ni-ZrO2復合鍍層的影響。采用SEM、EDS及XRD分別測定了鍍層的表面形貌、組成及組織結構,檢測了鍍層的結合力、耐蝕性、孔隙率和硬度等性能。研究結果和結論如下:
　　 (1)在低電流密度區(qū),往三價鉻鍍液中加入低濃度的Ni2+,所

3、得鍍層外觀明顯好于不含Ni2+的鍍液,電沉積25min,鍍層厚度為0.46～0.93μm,基本上滿足工業(yè)生產(chǎn)裝飾鉻的要求。三價鉻電沉積的陰極極化曲線表明,三價鉻鍍液中低濃度Ni2+的存在,使Cr3+電沉積總反應的極化曲線位于更負的區(qū)域,說明Ni2+使Cr3+電沉積總反應的陰極極化增強,更有利于三價鉻電沉積形成藍膜,證明了往三價鉻鍍液中加Ni2+能夠促進三價鉻的電沉積。
　　 (2)通過單因素實驗研究了鍍液中各組分如輔助絡合劑、主

4、鹽、納米ZrO2等濃度對電沉積Cr-Ni-ZrO2復合鍍層的影響,采用正交實驗對鍍液配方進行優(yōu)化。研究了鍍液溫度、pH值、電流密度、電沉積時間和攪拌速率對電沉積Cr-Ni-ZrO2復合鍍層的影響。在最佳工藝條件下,采用最優(yōu)的鍍液配方電沉積所得鍍層,外觀光亮,厚度達到8.50μm。SEM和EDS檢測結果表明,鍍層表面光滑細致,納米ZrO2粒子均勻分散于鍍層中,但不足的是有少許ZrO2粒子發(fā)生團聚。鍍層中主要含有Cr、Ni、O和Zr四種元素

5、,其質量分數(shù)分別為:82.6％、0.41％、9.34％、7.65％,納米ZrO2與Cr、Ni實現(xiàn)了共沉積。
　　 (3)與Cr-Ni合金鍍層的表面形貌相比,Cr-Ni-ZrO2復合鍍層的表面較為平整、微裂紋減細。另外XRD檢測結果表明所得Cr-Ni-ZrO2復合鍍層為非晶態(tài)結構。結合力試驗表明Cr-Ni-ZrO2復合鍍層的與銅基體的結合力良好。孔隙率試驗表明Cr-Ni-ZrO2復合鍍層比Cr-Ni合金鍍層的結晶更為致密,孔隙率減

6、小。硬度測試表明,鍍層中納米ZrO2粒子的存在,使鍍層硬度提高達664.6HV。對鍍層的交流阻抗試驗和Tafel試驗表明,在酸性和堿性介質中,Cr-Ni-ZrO2復合鍍層的耐蝕性能優(yōu)于Cr-Ni合金鍍層；在中性介質中,Cr-Ni合金鍍層的耐蝕性能略優(yōu)于Cr-Ni-Zr-O2復合鍍層。
　　 (4)Cr3+電沉積的循環(huán)伏安曲線和陰極極化曲線表明,Cr3+電沉積還原反應有兩個明顯的反應平臺,具體發(fā)生何反應還有待研究。鍍液的陰極極化曲