工藝參數(shù)對(duì)Ni-Fe-Co三元合金鍍層形貌及耐蝕性的影響

姜 義， 王久勝， 李雪松

（1.長(zhǎng)春工程學(xué)院理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012；2.吉林油田礦區(qū)燃?xì)夤芾矸?wù)公司，吉林松原138001；3.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130012）

工藝參數(shù)對(duì)Ni-Fe-Co三元合金鍍層形貌及耐蝕性的影響

姜 義1， 王久勝2， 李雪松3*

（1.長(zhǎng)春工程學(xué)院理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012；2.吉林油田礦區(qū)燃?xì)夤芾矸?wù)公司，吉林松原138001；3.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130012）

通過電沉積方法在鋼基體表面制備Ni-Fe-Co三元合金鍍層。討論了電流密度、溫度、p H值對(duì)合金鍍層表面形貌及耐蝕性的影響。結(jié)果表明：在電流密度6 A／dm2，p H值3.6，溫度65℃的條件下，獲得的合金鍍層均勻致密，顯微硬度較高且耐蝕性較好。

電沉積；Ni-Fe-Co三元合金鍍層；極化曲線

0 前言

合金電鍍一直是電鍍新工藝開發(fā)的重要領(lǐng)域。以往為取代昂貴的鍍鎳而開發(fā)的Cu-Sn合金，就是其中的一種?，F(xiàn)在的代鎳和節(jié)鎳鍍層，也都是各種合金。這是因?yàn)楹辖鹂梢跃C合單一金屬的優(yōu)點(diǎn)，并具有單一金屬所不具備的新特性［1-3］。鎳被廣泛用于鋼鐵的防護(hù)性鍍層。隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車的耐鹽防護(hù)性備受關(guān)注。在開展高耐蝕性鍍層的研究中，鎳基合金的研究引人注目［4-5］。

Ni-Fe-Co三元合金鍍層具有高強(qiáng)度、高塑性、低內(nèi)應(yīng)力等優(yōu)異性能。本文利用電沉積方法制備Ni-Fe-Co三元合金鍍層，通過調(diào)整電流密度、溫度和p H值等工藝參數(shù)，獲得最佳工藝條件，并對(duì)最佳工藝條件下所得合金鍍層的微觀結(jié)構(gòu)及耐蝕性進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用規(guī)格為4 mm×2 mm×2 mm的低碳鋼板作為陰極；采用電解鎳板及純鐵作為陽極，且鎳鐵陽極采用分掛的方式。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用直流電鍍電源調(diào)整電流密度；采用自動(dòng)循環(huán)過濾裝置保證鍍液的純凈和均勻；采用可自動(dòng)控制的恒溫水浴控制鍍液溫度；采用輔助機(jī)械攪拌保證陰極試樣表面液層中的成分相對(duì)穩(wěn)定，以避免濃差極化的影響。

1.3 工藝流程

工件前處理→ 測(cè) 量尺寸→ 裝掛→ 水洗→化學(xué)除污→ 水 洗→ 弱 腐蝕→ 水 洗→ 復(fù)合電鍍→ 水 洗→ 吹 干→ 拆卸

1.4 鍍液組成及工藝條件

FeSO4·7H2O 45～180 g／L，CoSO4·7H2O 4～40 g／L，NiCl2·6 H2O 40～50 g／L，NiSO4· 6H2O 220～320 g／L，H3BO335 g／L，抗壞血酸鈉2～5 g／L，十二烷基硫酸鈉0.3～1.0 g／L，糖精0.5～2.0 g／L，p H值2.8～4.0，3～12 A／dm2，35～65℃，1 h。

1.5 測(cè)試方法

（1）采用JSM-5600LV型掃描電鏡觀察合金鍍層的表面形貌。

（2）采用HXD-1000型顯微硬度儀測(cè)量合金鍍層的顯微硬度，加載載荷100 g，加載時(shí)間15 s。每個(gè)試樣測(cè)試10個(gè)點(diǎn)，取平均值。

（3）采用IVIUM型電化學(xué)工作站測(cè)試合金鍍層在3.5%的NaCl溶液中的極化曲線。測(cè)試時(shí)采用三電極體系。

2 結(jié)果與討論

2.1 合金鍍層的表面形貌

圖1為不同電流密度下所得合金鍍層的表面形貌。由圖1可知：電流密度對(duì)合金鍍層的表面形貌影響較大。當(dāng)電流密度為6 A／dm2時(shí)，鍍層晶粒最為均勻、細(xì)致，外觀也較為平整、光亮。低電流密度下，鍍層沉積慢，鍍層的形核速率小于晶粒的長(zhǎng)大速率，所以晶粒較大，鍍層較為粗糙。高電流密度下，雖然鍍層的沉積速率加快，但是過高的電流密度容易導(dǎo)致鍍層燒焦或出現(xiàn)結(jié)瘤［6］。

2.2 合金鍍層的顯微硬度

顯微硬度是衡量鍍層質(zhì)量的重要標(biāo)志之一。采用顯微硬度儀對(duì)不同工藝參數(shù)下得到的合金鍍層進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，結(jié)果如表1、表2和表3所示。溫度和p H值對(duì)合金鍍層的顯微硬度影響較大。在低溫和低p H值條件下，鍍層極薄，甚至出現(xiàn)無鍍層的現(xiàn)象。正交試驗(yàn)結(jié)果表明：在電流密度6 A／dm2、溫度65℃、p H值3.6的條件下，獲得的合金鍍層具有最高的顯微硬度，達(dá)到5 420 MPa。

2.3 合金鍍層的極化曲線

圖2為不同電流密度下所得合金鍍層在3.5%的NaCl溶液中的極化曲線，溫度為65℃，p H值為3.6。由圖2可知：當(dāng)電流密度為6 A／dm2時(shí)，合金鍍層具有最正的自腐蝕電位及最小的自腐蝕電流密度。因?yàn)樵诖穗娏髅芏认芦@得的合金鍍層更為均勻、細(xì)致，不易產(chǎn)生過多的腐蝕原電池，所以其表現(xiàn)出較好的耐電化學(xué)腐蝕性能。

圖3為不同溫度下所得合金鍍層在3.5%的 NaCl溶液中的極化曲線，電流密度為6 A／dm2，p H值為3.6。由圖3可知：當(dāng)溫度為65℃時(shí)，合金鍍層的耐電化學(xué)腐蝕性能最好，具有最正的自腐蝕電位，且自腐蝕電流密度也較小。

圖4為不同p H值下所得合金鍍層在3.5%的NaCl溶液中的極化曲線，電流密度為6 A／dm2，溫度為65℃。由圖4可知：當(dāng)p H值為3.6時(shí)，合金鍍層具有更好的耐電化學(xué)腐蝕性能，自腐蝕電位為-0.948 V。

由以上極化曲線可知，在電流密度6 A／dm2，溫度65℃，p H值3.6的條件下獲得的合金鍍層具有較好的耐電化學(xué)腐蝕性能。這也與上面的顯微硬度測(cè)試結(jié)果相符合。這主要是因?yàn)樵诖斯に嚄l件下獲得的合金鍍層結(jié)晶均勻、細(xì)致，晶界等缺陷少，在晶界和晶粒之間形成的腐蝕微電池也少，大大地提高了其耐蝕性［7-8］。

3 結(jié)論

（1）電流密度對(duì)合金鍍層的表面形貌影響較大。當(dāng)電流密度為6 A／dm2時(shí)，鍍層的晶粒最為均勻、細(xì)致，形貌也較為平整、光亮。

（2）在電流密度6 A／dm2，溫度65℃，p H值3.6的條件下獲得的合金鍍層具有最高的顯微硬度及較好的耐電化學(xué)腐蝕性能。

［1］ 張勝濤.電鍍工程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：166-176.

［2］ 沈?qū)幰?，許強(qiáng)令，吳以南，等.表面處理工藝手冊(cè)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1991：81-94.

［3］ HUANG C A，LIN W，LIAO M J.The electrochemical behaviour of the bright chromium deposits plated with directand pulse-current in 1 M H2SO4［J］.Corrosion Science，2006，48（2）：460-471.

［4］ 曾祥德.影響氯化物電鍍鋅鐵合金工藝的穩(wěn)定因素［J］.電鍍與環(huán)保，2001，21（6）：10-11.

［5］ BAYRAMOGLU M，ONAT B，GEREN N.Statistical optimization of process parameters to obtain maximum thickness and brightness in chromium plating［J］.Journal of Materials Processing Technology，2008，203（1）：277-286.

［6］ 許愛忠，胡文彬，沈斌，等.鋅-鎳合金鍍層耐蝕性機(jī)理研究進(jìn)展［J］.電鍍與環(huán)保，2000，20（3）：1-5.

［7］ 李雪松，馬立軍，高金芝，等.電流密度對(duì)光亮鎳-鐵合金鍍層表面形貌及耐蝕性的影響［J］.電鍍與環(huán)保，2009，29（3）：7-9.

［8］ 吳化，李雪松，趙國(guó)良，等.超聲作用對(duì)鎂合金表面電沉積層組織與性能的影響［J］.材料熱處理學(xué)報(bào)，2011，32（3）：153-158.

Effects of Technological Parameters on the Morphology and Corrosion Resistance of Ni-Fe-Co Ternary Coatings

JIANG Yi1， WANG Jiu-sheng2， LI Xue-song3*
（
1.School of Science，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China；2.Jilin Oilfield Mining Area Gas Management Service，Songyuan 138001，China；3.Key Laboratory of Advanced Structural Materials，Ministry of Education，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

Ni-Fe-Co ternary coatings were prepared on steel substrate by electrodeposition.Effects of current density，temperature and p H value on the surface and corrosion resistance were discussed.Results showed that the ternary coatings obtained under the conditions of current density 6 A／dm2，p H value 3.6 and temperature 65℃with uniform and dense morphology，higher microhardness and better corrosion resistance.

electrodeposition；Ni-Fe-Co ternary coating；polarization curve

TQ 153 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-4742（2015）06-0005-03

2015-07-28

國(guó)家自然科學(xué)基金（11304021）；吉林省教育廳計(jì)劃項(xiàng)目（吉教科合字［2015］第290號(hào)）