Zn-Ni-纳米TiO2复合镀层电沉积研究

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金属在使用过程中会发生化学腐蚀或电化学腐蚀,为增强金属在使用环境中的耐蚀性,工业上一般会在金属基体表面上覆盖镀层,而锌基合金镀层是常用的防护性镀层。目前,电沉积工艺对于镀层质量的影响还不能细化至不同沉积机理。现有研究的影响规律是否同样适合Zn-Ni合金的异常共沉积过程,需要加以验证。另外,目前Zn-Ni合金基体的复合镀层多采用Al2O3、Si O2等不溶性固体粒子,而利用特殊光化学性质的纳米TiO2颗粒制备Zn-Ni-纳米TiO2复合镀层,以从细晶强化作用、弥散强化作用及光生阴极保护作用方面提升Zn-Ni合金镀层的物理性质及耐蚀性能的研究还比较少。为研究不同因素对于Zn-Ni合金镀层质量的作用,本文选用了直流电沉积方法、单向脉冲电沉积方法、双向脉冲电沉积方法制备了Zn-Ni合金镀层,研究了电沉积工艺对Zn-Ni合金镀层质量的影响,主要从宏观形貌、微观形貌、Ni含量进行评价。继而尝试制备Zn-Ni-TiO2纳米复合镀层,尝试利用纳米TiO2颗粒的不溶性固体颗粒特性及光生阴极保护作用进一步提升镀层质量及性能。直流电沉积方法制备Zn-Ni合金镀层时,电流密度、工作温度及pH值主要对晶粒形核速度与生长速度的相对大小、镀液中颗粒的扩散、Zn(OH)2阻挡层的形成等因素产生影响;而主盐离子浓度比例及镀液浓度主要对阴极附近金属离子的浓度及Zn2+/Ni2+在共沉积过程中的竞争等因素产生影响。单向脉冲电沉积方法制备Zn-Ni合金镀层时,占空比、频率决定了脉冲电流的导通和关断时间以及由此引发的峰值电流密度的改变,主要作用在于对镀层形貌的改善。双向脉冲电沉积方法制备Zn-Ni合金镀层时,对于反向电流密度、反向占空比、正反向脉冲个数比的调整,主要是利用反向脉冲电流的反向阳极溶解作用,调整反向的导通时间和关断时间以及由此引发的峰值电流密度的改变来改善镀层的形貌。双向脉冲电沉积方法制备Zn-Ni-TiO2纳米复合镀层时,纳米TiO2颗粒的引入对于所得复合镀层的形貌及成分均有一定的影响,且具有细化晶粒的作用。纳米TiO2颗粒尺寸的增加及添加量增加,可提升复合镀层中的纳米TiO2颗粒含量。本文对不同沉积时间得到的镀层厚度的研究结果显示,四种镀层的厚度从大到小依次为(PR Zn-Ni-TiO2)(PC Zn-Ni)(PR Zn-Ni)(DC Zn-Ni);而电化学动电位极化曲线显示,(PR Zn-Ni)(PC Zn-Ni)(DC Zn-Ni)耐蚀性依次降低,(PR Zn-Ni-TiO2)的耐蚀性并不理想,纳米TiO2颗粒的引入对于复合镀层耐蚀性的强化作用并不明显。
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