论文部分内容阅读
镍镀层作为最重要的防护装饰性镀层之一,广泛应用在人们日常生活中密切接触到的金属表面。然而镍镀层在与人体的皮肤长期接触后易被汗液腐蚀,产生镍释放现象,对人体造成过敏等危害。随着社会发展,人们与金属的接触将愈发频繁。出于安全的考量,国际上出台了相关规定限制与人体密切接触的金属材料的镍释放量。为了达到这一规定,减少甚至消除镀层的镍释放量,尤其是镍替代镀层的研究工作有十分重要的工程应用价值和科学意义。为解决镍镀层的镍释放问题,本文创新性地提出以Al-Mn合金镀层作为镍替代镀层,镀层中完全不含镍元素,从根源上消除镍释放的危害。本文采用离子液体电沉积技术制备具有不同晶体结构的Al-Mn合金镀层,研究了钝化处理、光亮镀对镀层性能的影响,通过照相法对比镀层的镜面光亮程度,采用粗糙度仪、光泽度仪、电子显微镜分析镀层的宏观和微观特征,采用显微硬度计分析镀层硬度,通过静态浸泡腐蚀试验和电化学测试研究镀层在人工汗液中的耐蚀性。研究结果表明:在AlCl3-EMIC-MnCl2离子液体中电沉积得到的晶态Al-Mn合金镀层均匀致密、与基体结合情况良好。镀层在人工汗液中发生不均匀的全面腐蚀,平均腐蚀速率为0.0056 mm/a,约为纯Al镀层的三分之一,依据金属耐蚀性的十级标准,属于3级“很耐蚀材料”。本文首次提出了Al-Mn合金镀层在人工汗液中的腐蚀机理:人工汗液中的氯离子破坏镀层表面的钝化膜,镀层被腐蚀,释放金属离子,乳酸与金属离子形成络合物,随着溶液pH的变化转变为沉淀,促进金属的溶解。腐蚀产物主要为Al(OH)3,Mn很少被腐蚀。无铬钝化处理可以降低镀层的腐蚀电流至未钝化镀层腐蚀电流的三分之一,提高镀层的耐腐蚀性能。钝化膜存在裂纹,镀层的装饰性没有提高。通过在镀液中添加光亮剂,可以得到晶粒细小、晶面取向一致的镜面光亮镀层,镀层装饰性得到提高,与未添加光亮剂的镀层相比耐腐蚀等级提高一级,脆性增大。在AlCl3-EMIC-MnCl2离子液体中电沉积得到的非晶态Al-Mn合金镀层镜面光亮效果好,硬度达6.72±0.41 GPa,高于光亮镍镀层。在人工汗液中发生全面的均匀腐蚀,平均腐蚀速率为0.0024 mm/a,属于2级“很耐蚀材料”。镀层在人工汗液中的腐蚀电流密度为9.6×10-7 A/cm2,与光亮镍镀层相近,腐蚀电位为-0.99V vs.SCE,对腐蚀电位比镍镀层更负、比非晶态Al-Mn镀层更正的基体起牺牲阳极保护作用。