本文關(guān)鍵詞：化學(xué)鍍Ni-P鍍層特征及性能的研究

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【摘要】：化學(xué)鍍鎳是提高金屬材料腐蝕性能的一種非常重要的方法,但是一般來說化學(xué)鍍鎳都是一個多組分的系統(tǒng)它至少包含一個或多個添加劑如:絡(luò)合劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、促進劑等,工藝較為復(fù)雜成本較高,而且通常工藝中含有許多對環(huán)境有危害的化學(xué)試劑。聚乙烯吡咯烷酮是水溶性的、無毒,與生物相容的能力十分強,被普遍地應(yīng)用于制藥以及醫(yī)療中,以下簡稱PVP。我們希望嘗試使用PVP作為一種新的、多功能的添加劑,研究一種綠色環(huán)保的、簡單的聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)去替代多組分的系統(tǒng),以達到減少化學(xué)試劑的成本和簡化化學(xué)鍍工藝的目的。之后又利用電化學(xué)工作站、掃描電子顯微鏡、顯微硬度計與X射線衍射儀等表征方法,研究了在聚乙烯吡絡(luò)烷酮系統(tǒng)中不同實驗操作條件例如,溫度和pH值如何影響化學(xué)鍍鎳磷合金的鍍液本身、鍍層的沉積速率、組織形貌、耐腐蝕性以及硬度等。實驗主要研究結(jié)果如下:(1)采用聚乙烯吡咯烷酮作為唯一添加劑,在AZ31基體上成功獲得了Ni-P鍍層,因此PVP被證明可以作為一種多功能的添加劑在AZ31鎂合金上制備鎳磷涂層,并且多功能添加劑PVP在溶液中的濃度對化學(xué)鍍Ni-P合金有十分顯著的影響。隨著鍍液中PVP濃度的增加Ni-P鍍層的總沉積速率降低,而且不同濃度的PVP鍍液沉積得到的Ni-P涂層的結(jié)構(gòu)都是由晶態(tài)和不定型的混合物組成。Ni-P鍍層在許多性能方面都十分優(yōu)異,在硬度和耐腐蝕性方面相比沒有化學(xué)鍍處理的基體都有了顯著的提高。并且當(dāng)PVP濃度為10 g L-1時,Ni-P鍍層的表面質(zhì)量最優(yōu)、厚度最高,因此硬度和耐腐蝕性能也相對較高。(2)在聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中溫度對化學(xué)鍍鍍液本身以及化學(xué)鍍的沉積速率、鎳磷涂層的結(jié)構(gòu)性能等都有十分重要的影響。由于溫度會影響化學(xué)鍍反應(yīng)過程中離子的擴散速度,因此在聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中當(dāng)溫度從50℃變化到70℃時化學(xué)鍍的沉積速率都是隨著溫度的增加而增加的,但是溫度超過一定值時化學(xué)鍍?nèi)芤旱姆�(wěn)定性會變差,容易導(dǎo)致溶液分解從而使沉積速率下降,在聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中溫度達到70℃時沉積速率達到了最大值18.51μmh-1。在不同溫度下聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中沉積得到鍍層的結(jié)構(gòu)都是由結(jié)晶性能較優(yōu)的Ni單質(zhì)以及很少的結(jié)晶性相對較低的鎳磷合金的混合物組成。由于涂層的表面質(zhì)量、磷含量以及厚度等因素的影響,當(dāng)溫度為50℃和80℃時涂層的硬度和耐蝕性能相對較差,而溫度為60℃和70℃時涂層的性能較好且這個兩個溫度下沉積得到的涂層性能變化不大。(3)同樣,pH值對于聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)的鍍液本身以及化學(xué)鍍的沉積速率、鎳磷涂層的結(jié)構(gòu)性能等也有十分重要的影響。由于化學(xué)鍍鍍液的pH值不同,化學(xué)鍍的氧化還原反應(yīng)總電勢差就會不同、反應(yīng)產(chǎn)生活性氫原子的速度不同,而且溶液中鎳離子與次磷酸根的反應(yīng)產(chǎn)物也會不同。而不同產(chǎn)物的溶解度也不同,因此在聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中當(dāng)pH值從6變化到8時化學(xué)鍍的沉積速率都是隨著pH的增加而增加的。但是pH值太高時反應(yīng)產(chǎn)物通常為HPO32-,而它的溶解度較低容易產(chǎn)生Ni HPO3沉淀,因此會使化學(xué)鍍的沉積速率降低。在聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中pH達到8時沉積速率達到了最大值17.02μmh-1。而在聚乙烯吡咯烷酮系統(tǒng)中不同pH下沉積得到的鎳磷涂層的結(jié)構(gòu)同樣也是由結(jié)晶性較好的Ni單質(zhì)以及少量結(jié)晶性較差的鎳磷合金的混合物組成。當(dāng)pH值分別等于6和9時,鎳磷涂層的沉積速率太低,導(dǎo)致涂層的質(zhì)量不好且厚度較低因此其耐蝕性能和硬度都相對較低。而pH值在7和8之間時涂層的硬度和耐蝕性能相對較好。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1302607