电沉积Ni_Fe合金镀层腐蚀性能研究

1、第13卷第3期金属功能材料Vol113,No132006年6月MetallicFunctionalMaterialsJune,2006电沉积Ni2Fe合金镀层腐蚀性能研究舒霞,吴玉程,王文芳,李云(合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥230009)摘要:本文采用失重、阳极极化和电化学阻抗谱等方法研究了电沉积Ni2Fe合金镀层腐蚀性能和镀层的破坏过程。结果表明:Ni2Fe合金镀层具有良好的耐酸腐蚀性;在315%(质量)NaCl溶液中,腐蚀发生之前的镍铁合金镀层的电化学阻抗谱由一个高频容抗弧和一个低频的感抗弧组成;随着浸泡时间的延长,容抗弧半径快速减小,感抗弧减弱并消失。关键词:Ni2Fe合金;腐

2、蚀性能;电化学阻抗谱中图分类号:TQ15312文献标识码:A文章编号:1005-8192(2006)03-0020-04AStudyonCorrosionRAlloyWU2cheng,WANGWen2fang,LiYun(SchoolofScienceandEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)ABSTRACT:CorrosionresistanceanddestructprocessofNi2Fealloycoatingsbyelectrodepositionwerestudiedbyweightloss,anod

3、icpolarizationcurveandEIStechniques1TheresultsshowthattheNi2Fecoatingsareacid2resistanttoHNO3andH2SO41ForNi2Fealloyswithoutexfoliation,theEISiscomposedbyacapacitivearcathighfrequencyandaninduc2tivearcatlowfrequency,andtheradiusofcapacitivearcdecreasesrapidlyandtheinductivecomponentweakensanddis2appe

4、arswithtime1KEYWORDS:Ni2Fealloy;corrosionresistance;electrochemicalimpedancespect(EIS)1前言防护2装饰性镀层在工业和日常生活中用量很大,但这种镀层中金属镍的用量相当可观,使得成本偏高。因为镍、铁的原子结构相近,能形成无限固溶体金属,所以镍铁合金镀层作为纯镍镀层的替代性镀层已有所应用,一般用于防护2装饰性镀层体系中的底层或中间层,其表面是铬镀层。由于铬镀层很m),且有孔隙和裂纹,主要由镍铁合金薄(01255镀层承担防护作用,故有必要对镍铁合金镀层的耐14蚀性作详细的研究。近20年来电化学阻抗谱(EIS)在涂镀层

5、金属研究中得到广泛应用,并成为阻抗谱特征尚未见详细的研究报道56。本文从电沉积制备得到Cr、非晶态Ni2W、Ni2Fe镀层的结果出发,采用腐蚀失重、阳极极化、电化学阻抗谱等多种方法研究了Ni2Fe镀层的电化学过程和腐蚀特征。2实验方法腐蚀失重:将试片分别浸泡在1mol/L的NaCl、015mol/LH2SO4、1mol/LHNO3溶液中,每隔24h称量一次,共浸泡5天。阳极极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)的测定,采用上海辰华仪器公司电化学工作站和CHI660A2ElectrochemicalWorkstation软件系统,分别用线性一种主要的电化学研究手段,然而对于合金镀层的基金项目:安徽省自

6、然科学基金(00046403);安徽省重点科研项目和合肥工业大学中青年创新群体基金(纳米结构与功能纳米材料)。作者简介:舒霞(1971-),女,合肥工业大学材料学院,工程师。TelEmail:shuxia3181631com通讯作者:吴玉程(1962-),男,合肥工业大学材料学院教授,博士生导师,TelEmail:ycwu04ya2hoo1com1cn第3期舒霞,等:电沉积Ni2Fe合金镀层腐蚀性能研究21扫描和交流阻抗的方法测试。试样非剥蚀面用环氧树脂密封,工作面经无水乙醇除油,蒸馏水清洗,在自然空气中干燥,工作面积约为2cm2。采用经

7、典的三电极体系,以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,铂电极为对电极,测试溶液为315%(质量)的NaCl溶液。线性扫描速度为10mV/s,阻抗的电位幅值为5mV,频率范围为01110kHz。所有的测试均)下完成。在室温(25±3晶态Ni2W和Ni2Fe镀层在浸泡一天后,没有失重,没有腐蚀;随着浸泡时间的延长,盛装溶液的小烧杯中的颜色变黄,这主要是溶液渗入镀层,腐蚀了低碳钢基体,使基体锈蚀了。总的看来,在1mol/L的NaCl溶液中,按耐蚀性排序依次为Cr非晶态Ni2WNi2Fe,其中第四天后,由于Ni2Fe试片镀层局部剥落,腐蚀速度加快,失重急速增加。在015mol/L的H2SO4

8、溶液中,由于Cr镀层不耐硫酸腐蚀,很快发生反应,烧杯中溶液呈现深蓝色,三天后镀层几乎全部被腐蚀掉,基体也已有剥落,数据也无法统计了。Ni2Fe的耐蚀性最好,五天后,表面仍光亮如初。在L的HNO,2,Ni2W镀层,。五天后,Ni2Fe镀,但Ni2Fe镀层仍包覆在基体外;其他烧杯中溶液呈现棕色,镀层剥落严重。由上述分析可知在HNO3溶液中Ni2Fe镀层的耐蚀性能最好。以上分析可以看出Ni2Fe合金镀层具有一定的耐酸性。由于“失重法”无法表示腐蚀深度,而且用于研究表面镀层的腐蚀时,是在假设腐蚀只发生在镀层上的均匀腐蚀,即忽略局部腐蚀造成的基底腐蚀干扰的前提下。而实际情况要复杂的多,所以用“失重法”只

9、能大概地得到一些定性的结论。312Ni2Fe合金镀层阳极极化曲线和电化学阻抗谱为了进一步研究Ni2Fe合金镀层的性能及破坏过程,测定了Ni2Fe合金镀层的阳极极化曲线和电710化学阻抗谱。图2是用线性扫描的方法在315%(质量)NaCl溶液中测得的各种镀层的阳极极化曲线。较平坦的区域CD段就是稳定钝化区,随着电位变正,电流密度维持在一个较小的数值;DE段是过钝化区,过了D点后,金属的溶解速度再次增大,钝化膜遭到破坏。由图2各种镀层的阳极极化曲线看到:Cr镀层有稳定的钝化区和较高的钝化电流密度,电位区间达110V,这说明Cr在该溶液中具有优良的耐腐蚀性。Ni2W和Ni2Fe镀层的极化曲线似乎没有

10、明显的钝化区间,Ni2Fe合金镀层的被腐蚀速度较快。Ni2W镀层腐蚀前后的表面有一层彩色的钝化膜,阻止了腐蚀介质对基体的进一步侵蚀。图3的Ni2Fe合金镀层电化学阻抗谱表明E-011V时,体系呈钝态,EIS图呈现钝态特征;E>-011V钝化膜开始3结果与讨论311Ni2Fe合金腐蚀失重金属腐蚀程度的大小,根据腐蚀破坏形式的不同,有各种不同的评定方法。根据腐蚀前后试样质量的变化来评定腐蚀速度的方法称为“失重法”。本研究是将镀层为Cr、非晶态Ni2W、Ni2Fe的试片分别浸泡在1mol/L的NaCl、01LH2SO1mol/LHNO3溶液中,5天。1图1镀层腐蚀失重图Fig.1Bargrap

11、hsofweightlossofplating由图1可以看到:在1mol/L的NaCl溶液中非22金属功能材料2006年破坏;当E>011V后,膜几乎完全破坏,EIS图中出现了感抗弧,且容抗弧和感抗弧的半径都在减小。图2镀层阳极极化曲线Fig12Anodicof图3不同电位下的Ni2Fe镀层电化学阻抗谱Fig13EISofNi2Fealloyplatingwithdifferentelectricpotential为了研究镀层的破坏过程,采用0V的交流电位幅值,测定Ni2Fe合金镀层在315%(质量)NaCl溶液中浸泡不同的时间后的电化学阻抗谱,结果如图4所示。在研究中将Ni2Fe与Ni

12、2W合金镀层相比较发现它们的阻抗谱的特征有所不同,由于Ni2Fe与基底结合得没有Ni2W牢固紧密,溶液较容易渗入到镀层和基底之间,在浸泡初期是由一个的高频容抗弧和一个低频的感抗弧组成,并且随着浸泡时间的延长,容抗弧和感抗弧半径都快速减小。随着浸泡时间的进一步延长,感抗弧减弱并消失,镀层表面发生一些肉眼就能看到的锈点或宏观的小孔,进入叫浸泡后期。此时镀层表面大致由两部分组图4Ni2Fe镀层浸泡不同时间后的电化学阻抗谱Fig14EISofNi2Fealloyplatingdippingin315wt%NaClwithdifferenttime成,一部分是镀层的原始表面,另一部分为通过剥蚀的孔(点)

13、与溶液接触的新界面。图5是Ni2Fe镀层浸泡72h后的剥蚀形貌。在界面区形成了腐蚀微电第3期舒霞,等:电沉积Ni2Fe合金镀层腐蚀性能研究23池,腐蚀速度加快,镀层已破坏,表面是腐蚀坑和黄黑色的腐蚀产物。速减小,感抗弧减弱并消失。参考文献:1陈彩虹,贺泽全,等1电沉积镍铁合金工艺研究J,矿冶工程,2000,20(2):3112韩勇,王萍,等1镍铁合金电沉积工艺研究J,电镀与精饰,1997,19(5):813于金库,廖波,冯皓1电沉积Ni2Fe合金及其耐蚀性的研究J,材料保护,2002,35(2):3014韩勇,王萍,等1稀土氧化物对Ni2Fe合金镀层耐蚀性的影响J,煤炭学报,1998,23(4

14、):42215宋诗哲1工业纯铝在315%NaCl溶液中的电化学阻抗谱分析J1中国腐蚀与防护学报,1996,16(2):1271图5Ni2Fe镀层腐蚀72h后的低倍形貌(×30)Fig15SurfacemicrographsofNi2Fealloyplatingafter72hoursdippingin315wt%NaCl(×30)6曹楚南,张鉴清1电化学阻抗谱导论M,北京:科学出版社,2002:15117刘宝俊1,4结论Ni2Fe315%(质量)NaCl,张昭,1Li溶液中腐蚀的电化学,2003,39(4):42619张而耕,龙康,王志文1纳米复合涂层对碳钢防腐性能的交流阻

15、抗评定J,腐蚀科学与防护技术,2002;14(6):337110胡吉明,张鉴清,曹楚南1铝合金表面环氧涂层中水传输行为的电化学阻抗谱研究J,金属学报,2003;39(5):5441修改稿收到日期:2006-03-20的感抗弧组成;随着浸泡时间的延长,容抗弧半径快水溶性纳米银日本大阪市工业研究所无机功能材料研究室新近研制成功了一种可稳定地分散于水或酒精中的水溶性纳米银颗粒。它是水溶性有机保护膜包覆着的纳米银粒子。所开发的新技术,是将水溶性羧酸、水溶性胺、银离子与水或酒精加热处理。所获得的纳米银粒子的粒径约为34nm,其金属Ag含量达80%,大约在180时即开始软融,超过400时其表面的有机保护层消失。这种水溶性纳米银的制取成本低廉,实用性很高,可用于制备如油墨、导电性糊剂(如焊油(工业材料等)等等。,2006,54(2):12)易清洗纳米陶瓷防污涂