【摘要】：本研究針對低碳鋼質(zhì)軟、易腐蝕等特點(diǎn),在其表面電沉積制備Ni-Mo基合金鍍層,并對所制備鍍層性能進(jìn)行了研究。主要工作包括以下四個(gè)方面:(1)采用單因素方法分別研究鍍液中鉬酸鈉添加量、pH值以及電沉積溫度和電流密度四個(gè)因素對Ni-Mo合金鍍層的結(jié)構(gòu)、形貌、顯微硬度、粗糙度、腐蝕電化學(xué)性能的影響,并采用微區(qū)電化學(xué)測試系統(tǒng)SVET初步研究了Ni-Mo鍍層在不同濃度NaCl溶液中的電化學(xué)特性,最后采用響應(yīng)面法優(yōu)化電沉積工藝;(2)研究Ni-Mo合金鍍層表面的鈍化性能,利用電化學(xué)基本原理、半導(dǎo)體理論以及點(diǎn)缺陷模型研究影響鍍層鈍化性能的因素;(3)在二元合金的基礎(chǔ)上,制備Ni-Cu-Mo三元合金鍍層,分析主鹽離子濃度對鍍層性能的影響;(4)制備Ni-Mo-X(GO、nano SiO_2、nano Al_2O_3)復(fù)合鍍層,通過添加納米級顆粒增強(qiáng)鍍層性能,開發(fā)性能優(yōu)異的新型Ni-Mo基合金鍍層。得到主要結(jié)論如下:研究鉬酸鈉添加量和電沉積工藝對Ni-Mo合金鍍層的影響,結(jié)果表明:Ni-Mo共沉積過程中,Mo在Ni-Mo合金中以置換固溶體形式沉積在基體表面,鍍層結(jié)構(gòu)隨著Mo含量的增加晶粒尺寸減小,并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶結(jié)構(gòu)。電化學(xué)研究結(jié)果表明鍍液中鉬酸鈉添加量為40 g/L所沉積的Ni-Mo合金鍍層在所有鍍層中耐蝕性最好;電沉積過程中必須選擇合適的電沉積溫度和電流密度,pH值過低過高都不利于金屬絡(luò)和離子的穩(wěn)定,影響Ni、Mo離子共沉積過程,降低電流效率,pH值為9的時(shí)候獲得鍍層晶粒最細(xì)小,鍍層中Mo含量最大,鍍層耐蝕性能最好;腐蝕電化學(xué)測試結(jié)果表明Ni-Mo二元合金鍍層的耐蝕性能比純Ni鍍層更強(qiáng),能更好地保護(hù)碳鋼基體;SVET測試結(jié)果表明鍍層在含Cl-溶液中以局部腐蝕和點(diǎn)蝕為主,隨著浸泡時(shí)間的增強(qiáng),鍍層的耐蝕性能下降;采用響應(yīng)面法優(yōu)化Ni-Mo電沉積工藝條件(鉬酸鈉加入量,pH值,電沉積溫度,電流密度),利用Design Expert8.0軟件進(jìn)行多元回歸分析,得到響應(yīng)變量與響應(yīng)值(腐蝕電流密度icorr)之間的關(guān)系,擬合分析得到Ni-Mo合金電沉積的最佳工藝條件。對Ni-Mo合金表面鈍化性能的研究表明,與純Ni鍍層相比,Ni-Mo合金鍍層在硼酸緩沖溶液鈍化性能更優(yōu),M-S曲線分析得出,純Ni和Ni-Mo合金表面形成的鈍化膜均為p型半導(dǎo)體,膜內(nèi)載流子主要是空穴。合金鍍層的載流子密度均小于純Ni鍍層,載流子密度均在1019/cm3這個(gè)數(shù)量級范圍內(nèi),根據(jù)缺陷模型推導(dǎo)出純Ni和Ni-Mo合金層樣品表面鈍化膜內(nèi)點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散系數(shù),結(jié)果表明各個(gè)樣品的點(diǎn)缺陷擴(kuò)散系數(shù)D0差異不大,均在在10-14 cm2/s左右。對Ni-Cu-Mo三元合金的研究表明,制備的Ni-Cu合金鍍層表面較為平整致密,而Ni-Cu-Mo三元合金鍍層則呈現(xiàn)結(jié)節(jié)狀的形態(tài),表面粗糙度增大;Ni-Cu-Mo三元合金鍍層由NiCu和γ-Ni兩種相結(jié)構(gòu)組成,隨著鍍液中Na_2MoO_4·2H_2O濃度增大,NiCu減弱而γ-Ni相增強(qiáng);鍍層中的Mo含量增大而Cu、Ni含量降低;Ni-Cu-Mo三元合金鍍層比Ni-Cu鍍層具有更加優(yōu)異的耐蝕性;鍍液中Na_2MoO_4·2H_2O添加量為40 g/L時(shí)所沉積的Ni-Cu-Mo鍍層在3.5%NaCl溶液中的耐蝕性能最為優(yōu)異(腐蝕電流密度最低,阻抗值最大)。在電鍍液中添加GO、nano SiO_2、nano Al_2O_3制備Ni-Mo-X復(fù)合鍍層。對于Ni-Mo-GO納米復(fù)合鍍層,首先通過兩步法成功制備出純度較高的納米氧化石墨烯顆粒,并將其均勻分散至電鍍液中。采用電沉積方法在低碳鋼表面制備出Ni-Mo-GO納米復(fù)合鍍層,GO納米片能夠較均勻地分布在鍍層中,隨著GO添加量的增加,復(fù)合鍍層晶粒尺寸逐漸減小,當(dāng)GO添加量超出0.2 g/L的時(shí)候,復(fù)合鍍層開始出現(xiàn)非晶的衍射特征。由于GO表面豐富的官能基團(tuán)且具有二維片狀結(jié)構(gòu)的物理吸附效應(yīng),也使得制得的復(fù)合鍍層硬度和耐蝕性能都得到了提高。對于Ni-Mo-nanoSiO_2/Al_2O_3,由于納米顆粒具有高活性表面,加入鍍液中可以為金屬析出提供更多的形核中心,細(xì)化晶粒,提高了鍍層的顯微硬度。納米SiO_2添加量為9 g/L的時(shí)候,復(fù)合鍍層的顯微硬度最大(803 HV),納米Al_2O_3添加量為6g/L的時(shí)候,復(fù)合鍍層的顯微硬度最大(867 HV);隨著粉體添加量的增加,復(fù)合鍍層的粗糙度均逐漸增大;添加納米粉體后,鍍層的耐蝕性能均得到提高,納米SiO_2添加量為9 g/L的時(shí)候獲得復(fù)合鍍層在3.5%NaCl溶液中腐蝕電流密度最小,納米Al_2O_3添加量為6 g/L的時(shí)候腐蝕電流密度最小。與Ni-Mo-SiO_2復(fù)合鍍層相比,Ni-Mo-Al_2O_3納米復(fù)合鍍層的硬度值更大,耐蝕性更強(qiáng)(腐蝕電流密度更小和電化學(xué)阻抗更大),對低碳鋼基體的保護(hù)作用最強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2790479