本文關鍵詞：鎳復合電鍍新工藝及其陰極過程研究

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【摘要】：腐蝕是材料功能失效的主要形式之一。材料腐蝕帶來巨大的經濟損失,造成許多空難性事故,不但消耗大量寶貴的資源與能源,還對環(huán)境產生污染,其危害觸目驚心。作為金屬表面處理技術之一的復合電鍍,由于其設備簡單、操作方便、溫度低等優(yōu)點,不但可以提高金屬表面的耐蝕、耐磨、電導率、催化、抗高溫氧化等性能,而且能夠節(jié)約材料,節(jié)約能源,降低制造成本,因此在機械、電子、催化材料等領域得到廣泛應用。本文主要以獲得鍍層耐蝕性好、鍍液穩(wěn)定的鎳封工藝為目標,具體研究內容和結論如下：1、選擇合適的鎳封微粒。向光亮鎳鍍液中分別加入納米Al2O3粉末、納米Al2O3乳液、納米TiO2粉末、SN-B進行復合鍍(鎳封),可以制得光亮、致密的鎳封層,在其表面鍍鉻可得到微孔密度高于1萬個/cm2的微孔鉻,且SN-B在鍍液中懸浮性和穩(wěn)定性較好,所得多層鎳/微孔鉻的微孔密度最高、分布最均勻,耐蝕性最好；采用Al2O3透明液或SiO2粉末作鎳封微粒時,鉻鍍層的微孔非常少。綜合評價得出SN-B是最好的鎳封微粒。2、選擇合適的分散劑。向鎳封液中分別加入不同的分散劑,研究其對復合鍍層外觀、鉻鍍層微孔密度及鍍液穩(wěn)定性的影響,結果表明：有機小分子分散劑對微粒的分散作用較小,不能改善鍍液的穩(wěn)定性；大部分高分子分散劑會使鍍層外觀變差和鉻鍍層微孔數降低；SN-A雖使鉻鍍層微孔略微減少,但可提高復雜工件各面微孔分布的均勻性,還能提高鍍液的穩(wěn)定性。綜合評價得出SN-A是最佳的分散劑。3、通過單因素實驗確定了合適的鎳封液組成為NiSO4.6H2O 250-350 g/L, NiCl2·6H2O30～70g/L,H3BO3 35～45 g/L,主光劑HN-TP10.08-0.2 mL/L,輔助劑HN-TP25-10 mL/L,潤濕劑HN-191-2 mL/L,分散劑SN-A 0.1～0.3 g/L,鎳封微粒SN-B 0.02～0.08 g/L；合適的工藝條件如下：陰極電流密度4～8 A/dm2,pH 3.8～4.2,溫度45-55℃,電鍍時間2 min,復雜工件可適當增加電鍍時間。4、通過對復合鍍層結合力、硬鍍、耐蝕性等性能研究發(fā)現(xiàn)：復合鍍層與黃銅片、復合鍍層與光亮鎳層之間的結合力良好。復合鍍層、光亮鎳層、黃銅基材的硬度分別為445.2 HV.408.8 HV.141.1 HV,表明SN-B微粒的嵌入能提高鍍層的硬度。SEM及EDS分析可知復合鍍層和光亮鎳層表面平整、光亮,結構細致、均勻,且復合鍍層中均勻分散著大量的微粒,光亮鎳層有少量微孔。不同腐蝕介質中所得Tafel曲線和電化學阻抗譜表明復合鍍層在酸性和中性介質中耐蝕性優(yōu)于光亮鎳層,而在堿性介質中復合鍍層的耐蝕性比光亮鎳略差；多層鎳/微孔鉻在中性、酸性、堿性介質中都較易發(fā)生腐蝕,但因其鉻鍍層表面存在大量微孔,分散了腐蝕電流,降低了腐蝕速度,從而使多層鎳/微孔鉻在三種腐蝕介質中的耐蝕性均好于多層鎳/鉻。5、采用電化學工作站研究鎳電沉積的陰極過程發(fā)現(xiàn)：陰極極化曲線表明光劑能增大鎳電沉積的陰極極化,使鍍層表面平整、光亮；復合鍍微粒SN-B和分散劑SN-A對鎳電沉積陰極極化幾乎無影響。電化學阻抗譜表明光劑能增大電化學阻抗,阻礙鎳離子還原,使鍍層變得光亮；SN-B和SN-A對鎳電沉積的電化學反應電阻影響較小,但SN-B能增加溶液電阻。陰極極化曲線和電化學阻抗譜分析結果一致。6、在前面研究市售納米微粒作鎳封微粒的基礎上,探索了一種更簡單、經濟的鎳封新工藝,即向光亮鎳鍍液中直接滴加Ba配合物制備含BaSO4微粒的復合鍍鎳(鎳封)液,電鍍后可使鉻鍍層微孔密度達6×104個/cm2以上。通過單因素實驗得出制備鎳封鍍液的較優(yōu)工藝條件為：滴加量10 mL/L、滴加速率30 s/mL、攪拌強度4級、溫度40℃；通過CASS鹽霧試驗表明該工藝的多層鎳/微孔鉻具有較好的耐蝕性。雖然此新工藝具有簡單、成本低、耐蝕性好等優(yōu)點,但鍍液靜置3d后,鉻鍍層微孔密度低于1×104個/cm2,微粒在鍍液中穩(wěn)定性較差,很難用于實際生產。
【關鍵詞】：鎳封 復合鍍 鎳封微粒 分散劑 微孔密度 耐蝕性
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ153
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-19
• 第一章 緒論19-33
• 1.1 引言19
• 1.2 復合電鍍的研究現(xiàn)狀19-24
• 1.2.1 裝飾防護復合鍍層20-21
• 1.2.2 耐磨減摩復合鍍層21-22
• 1.2.3 高溫抗氧化復合鍍層22-23
• 1.2.4 催化功能復合鍍層23
• 1.2.5 電接觸復合鍍層23-24
• 1.3 鎳封工藝的應用24-29
• 1.3.1 耐蝕性原理24-25
• 1.3.2 鎳封鍍液組成及影響25-27
• 1.3.3 鎳封工藝條件的影響27-29
• 1.4 復合電鍍機理及模型29-31
• 1.4.1 兩步吸附機理和模型29-30
• 1.4.2 5步沉積機理和模型30
• 1.4.3 拋物線軌跡模型30-31
• 1.5 本課題題來源、意義及主要研究內容31-33
• 第二章 鎳封微粒的選擇33-48
• 2.1 引言33
• 2.2 實驗33-38
• 2.2.1 實驗藥品33-34
• 2.2.2 實驗儀器34-35
• 2.2.3 實驗方法35
• 2.2.4 工藝流程35-36
• 2.2.5 電鍍半光亮鎳36
• 2.2.6 電鍍光亮鎳36
• 2.2.7 復合電鍍(鎳封)36-37
• 2.2.8 電鍍鉻37
• 2.2.9 性能表征37-38
• 2.3 結果與討論38-47
• 2.3.1 納米微粒的粒徑分布38-40
• 2.3.2 鍍液中微粒的含量對鉻鍍層微孔密度的影響40
• 2.3.3 鍍液中微粒的含量對鉻鍍層微孔分布均勻性的影響40-42
• 2.3.4 不同微粒對鍍液穩(wěn)定性的影響42-43
• 2.3.5 鉻鍍層的厚度與微孔密度的關系43-44
• 2.3.6 鎳封層的形貌和組成44-46
• 2.3.7 多層鎳/微孔鉻的耐蝕性46-47
• 2.4 本章小結47-48
• 第三章 鎳封分散劑及工藝條件研究48-62
• 3.1 引言48
• 3.2 實驗部分48-51
• 3.2.0 實驗藥品48-49
• 3.2.1 實驗儀器49
• 3.2.2 實驗方法49-50
• 3.2.3 工藝流程50
• 3.2.4 電鍍半亮鎳50
• 3.2.5 電鍍光亮鎳50
• 3.2.6 鎳封50
• 3.2.7 電鍍鉻50-51
• 3.2.8 性能表征51
• 3.3 結果與討論51-60
• 3.3.1 分散劑的選擇51-53
• 3.3.2 SN-A對鉻鍍層微孔密度及分布均勻性的影響53-54
• 3.3.3 光劑對復合鍍層外觀及鉻鍍層微孔密度的影響54-55
• 3.3.4 主鹽濃度對鉻鍍層微孔密度的影響55-56
• 3.3.5 電流密度與電鍍時間對鉻鍍層微孔密度的影響56-57
• 3.3.6 溫度對鉻鍍層微孔密度的影響57-58
• 3.3.7 pH對鉻鍍層微孔密度的影響58-59
• 3.3.8 攪拌強度對鉻鍍層微孔密度的影響59
• 3.3.9 多層鎳/微孔鉻的耐蝕性59-60
• 3.4 本章小節(jié)60-62
• 第四章 復合鍍層性能研究62-77
• 4.1 引言62
• 4.2 實驗62-64
• 4.2.1 實驗儀器62
• 4.2.2 復合鍍液組成及工藝條件62-63
• 4.2.3 性能表征63-64
• 4.3 結果與討論64-75
• 4.3.1 復合鍍層的結合力64
• 4.3.2 復合鍍層的硬度64-65
• 4.3.3 復合鍍層的SEM和EDS分析65-67
• 4.3.4 復合鍍層的耐蝕性67-71
• 4.3.5 多層鎳/微孔鉻的耐蝕性71-75
• 4.4 本章小節(jié)75-77
• 第五章 鎳復合電沉積陰極過程研究77-86
• 5.1 引言77
• 5.2 實驗77-79
• 5.2.1 實驗藥品77
• 5.2.3 電化學裝置77-78
• 5.2.4 電極處理流程78
• 5.2.5 電解液組成78-79
• 5.2.6 電化學測試方法79
• 5.3 結果與討論79-84
• 5.3.1 光劑對鎳沉積電化學形為的影響79-81
• 5.3.2 基礎液中SN-B和SN-A對鎳沉積電化學形為的影響81-83
• 5.3.3 光亮鎳液中SN-B和SN-A對鎳沉積電化學形為的影響83-84
• 5.4 本章小結84-86
• 第六章 鎳封新工藝——復合電鍍鎳—硫酸鋇86-95
• 6.1 引言86
• 6.2 實驗86-88
• 6.2.1 實驗藥品86
• 6.2.2 實驗儀器86-87
• 6.2.3 鋇配合物溶液的制備87
• 6.2.4 工藝流程87
• 6.2.5 電鍍半亮鎳87
• 6.2.6 電鍍光亮鎳87
• 6.2.7 鎳封(復合鍍鎳)液的制備及電鍍工藝條件87
• 6.2.8 電鍍鉻87
• 6.2.9 性能表征87-88
• 6.3 結果與討論88-94
• 6.3.1 攪拌強度對鉻鍍層微孔密度的影響88
• 6.3.2 Ba配合物溶液滴加速率對鉻鍍層微孔密度的影響88-89
• 6.3.3 溫度對鉻鍍層微孔密度的影響89-90
• 6.3.4 Ba配合物溶液加入量對鉻鍍層微孔密度的影響90-91
• 6.3.5 鍍液靜置時間對鉻鍍層微孔密度的影響91
• 6.3.6 制備Ni-BaSO_4復合電鍍溶液的較優(yōu)工藝91-92
• 6.3.7 鎳封層的SEM和EDS分析92-93
• 6.3.8 多層鎳/微孔鉻的耐蝕性93-94
• 6.4 本章小結94-95
• 結論95-98
• 參考文獻98-105
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文105-107
• 致謝107

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