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    WC復(fù)合鍍層耐腐蝕性能研究

    2012-12-31 13:36:02袁德林杜文強(qiáng)
    中國(guó)鎢業(yè) 2012年4期
    關(guān)鍵詞:腐蝕電流鍍液贛州

    袁德林,陳 顥,杜文強(qiáng),李 忠

    (1.贛州有色冶金研究所,江西 贛州 341000;2.江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西 贛州 341000;3.江西理工大學(xué) 冶金與化學(xué)工程學(xué)院,江西 贛州 341000)

    0 引言

    復(fù)合電鍍技術(shù)是在電解質(zhì)溶液中加入一種或數(shù)種不溶性固體顆粒,利用電沉積技術(shù),使金屬離子被還原的同時(shí),將不溶性的固體顆粒均勻地彌散嵌入金屬基鍍層中的方法[1]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)金屬機(jī)械零部件表面性能的要求早已超出了單一材料可以達(dá)到的性能范圍,因此復(fù)合鍍層被認(rèn)為是解決高溫腐蝕、高溫強(qiáng)度和磨損,以及某些特殊情況下的腐蝕、磨損問題的一種很有效方法[2]。近年來,國(guó)內(nèi)外對(duì)添加SiC、Al2O3、TiC、ZrO2、SiO2、金剛石等微粒[3-5]的復(fù)合鍍層開展了較多的研究,WC由于具有耐高溫、硬度大、耐磨、耐腐蝕等方面的優(yōu)異性能,在摩擦、磨損、腐蝕等領(lǐng)域的應(yīng)用前景巨大[6-8]。本文采用電沉積方法制備了Ni-WC復(fù)合鍍層,并對(duì)其表面形貌與腐蝕性能進(jìn)行了考察。

    1 實(shí)驗(yàn)

    1.1 Ni-WC復(fù)合鍍層的制備

    基體為30mm×40mm的紫銅片,將基體用砂紙打磨,再經(jīng)堿洗、水洗、酸洗、水洗、活化、水洗,放入鍍液進(jìn)行復(fù)合電鍍。

    WC微粒由贛州有色冶金研究所材料研究室制備。WC微粒先用丙酮洗,再經(jīng)硝酸洗和蒸餾水洗之后經(jīng)超聲分散3min,加入鍍液中。電鍍過程中采用機(jī)械攪拌。鍍液組成見表1。

    表1 鍍液組成

    1.2 鍍層形貌與成分分析

    鍍層的表面形貌采用荷蘭XL30W/TMP掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析表征,用金相顯微鏡觀察鍍件與鍍層的橫截面。用日本理學(xué)Miniflex型x射線衍射儀對(duì)鍍層的成分進(jìn)行分析。

    1.3 鍍件腐蝕性能研究

    采用三電極體系,工作電極為復(fù)合鍍層合金電極(面積為1cm2),參比電極為飽和甘汞電極,對(duì)電極為鉑電極,溫度為室溫,腐蝕電解液為3.5%的NaCl(分析純)溶液。由于外加電流與極化電位之間服從塔菲爾(Tafel)關(guān)系,在極化曲線的Tafel區(qū)間,可以通過Tafel曲線外推法可以得到復(fù)合鍍層的腐蝕電流與腐蝕電位。

    2 結(jié)果分析與討論

    2.1 鍍層的表面形貌

    圖1所示為不同WC制得鍍層的SEM圖,結(jié)合EDS可以看出鍍層表面都有WC顆粒分布,但鍍液中WC含量為30g/L所得的鍍層WC顆粒分布均勻,部分顆粒被金屬基體掩埋的較深,還有部分顆粒掩埋的較淺,這是由于復(fù)合電鍍過程中顆粒不斷被吸附在工件上,停止電鍍后,部分顆粒已經(jīng)被Ni鍍層完全掩埋,還有部分顆粒正好處于半掩埋狀態(tài)。而鍍液中WC含量為10g/L所得的鍍層WC顆粒分布不均勻,部分區(qū)域出現(xiàn)了缺乏WC顆粒的鍍層。

    圖2是圖1中a鍍件的橫截面金相照片,從圖可以清晰分辨出鍍件基體、復(fù)合鍍層、半掩埋的WC顆粒以及黑色鑲料。從圖中還可以看出鍍件基體與復(fù)合鍍層之間沒有縫隙,說明鍍件基體與復(fù)合鍍層有較好的結(jié)合。同時(shí)復(fù)合鍍層的厚度均勻、平整,在鍍層邊緣有部分未完全掩埋的WC顆粒。

    圖1 不同WC濃度所得鍍層SEM圖

    圖2 鍍件截面金相照片

    2.2 鍍層成分分析

    圖3為鍍層的XRD圖,從圖中可以看出,鍍層中含有Ni和WC,說明在復(fù)合電鍍過程中,WC顆粒伴隨著電沉積過程,進(jìn)入了Ni鍍層中。

    圖3 鍍層的XRD圖

    2.3 鍍件的腐蝕性能

    圖4是鍍層所測(cè)得的電極極化曲線,從圖中可以看出,鍍液中添加了10g/L和30g/L的WC顆粒所制備的復(fù)合鍍層,其腐蝕電位分別為-0.894 5V和-0.711 4V與純鎳鍍層-0.938 4V的腐蝕電位相比出現(xiàn)正移現(xiàn)象。同時(shí),復(fù)合鍍層的腐蝕電流分別為3.05×10-7A和2.01×10-7A與純鎳鍍層9.376×10-7A相比出現(xiàn)降低。并且鍍液中WC顆粒濃度越大,鍍層的腐蝕電位增加越多同時(shí)腐蝕電流也降低越多,這表明復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能與純鎳鍍層相比有較大的提高。這是由于WC顆粒本身的化學(xué)性質(zhì)可以耐酸堿鹽的腐蝕,它的電位與鎳性比為正,當(dāng)鎳作為陽極發(fā)生陽極極化時(shí),WC微??赡艽龠M(jìn)鎳的鈍化從而減少鎳在腐蝕介質(zhì)中的溶解,進(jìn)而提高了整個(gè)復(fù)合鍍層樣品的耐腐蝕。此外,大量的WC顆粒覆蓋于晶粒表面,可以把腐蝕介質(zhì)和晶粒隔開,從而減少了陽極(復(fù)合鍍層)在腐蝕溶液中的暴露面積,因此也可以減輕腐蝕溶液對(duì)鍍層的腐蝕。同時(shí),WC顆粒鑲嵌在鍍層中鎳晶粒和晶界之間填充了鎳晶粒之間的孔隙,使復(fù)合鍍層與純鎳鍍層相比更加致密,WC還作為增強(qiáng)相均勻復(fù)合在鍍層中,還可以阻止腐蝕坑的增大。

    圖4 鍍層的電極極化曲線圖

    3 結(jié)論

    (1)采用電沉積方法可以制備出WC顆粒彌散分布的復(fù)合鍍層,鍍層與基體的結(jié)合良好。

    (2)在3.5%NaCl腐蝕體系中,Ni-WC復(fù)合鍍層與純鎳鍍層相比,腐蝕電位正移而腐蝕電流下降,耐腐蝕性能提高。

    [1]郭鶴桐,張三元.復(fù)合電鍍技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

    [2]徐濱士,李仁涵,梁秀兵.綠色再制造工程的進(jìn)展[J].中國(guó)表面工程,2001,14(2):5-7.

    [3]Benea L,Bonora P L,Borello A,et al.Preparation and investigation of nanostructured SiC-nickel layers by electrodeposition[J].Solid State Ionies,2002,151:89-95.

    [4]Zimmerman A,Palumbo G,Aust K T,et al.Mechanical properties of nickel silicon carbide nano-composites[J].Materials Science and Engineering A,2002,328:137-146.

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