磁控溅射沉积NiCr合金涂层及耐腐蚀性能研究

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NiCr合金涂层具有良好的高热稳定性、抗氧化性以及优异的耐腐蚀性能,常用于金属材料的表面防腐。但普遍使用的涂层制备方法如电镀等,不仅浪费资源同时制备过程中使用的六价铬还会对人体造成危害。而且制备得到的涂层多为晶体结构涂层,存在结构缺陷,不能有效防止金属腐蚀。因而使用绿色环保的制备技术得到耐腐蚀性能良好的非晶结构涂层具有重要意义。磁控溅射技术制备过程无污染且操作简单,是一种绿色环保的涂层制备方法。基于此,本文使用磁控溅射技术在短时间内,以不同镍铬比例(6:4和8:2)及不同溅射电流为条件,在铝合金表面沉积得到Ni60Cr40(wt%)和Ni80Cr20(wt%)两种合金涂层。使用X-射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(SEM)对涂层结构和形貌进行表征。结果表明本文得到的Ni60Cr40合金涂层中非晶结构为主并含有少量纳米晶结构,涂层表面平整致密,粗糙度较低。涂层厚度为100-500 nm左右,且随溅射电流的增加而增加。而Ni80Cr20合金涂层的晶体结构同样是以非晶为主并包含极少量纳米晶,涂层表面平整致密。除溅射电流为30 A条件下的涂层,粗糙度均较之Ni60Cr40合金涂层偏高,而30 A条件下得到的涂层最为平整,粗糙度为0.275 nm。其次,对不同溅射电流条件下得到的Ni60Cr40和Ni80Cr20合金涂层耐腐蚀性能进行了研究。并使用扫描电镜及附带能谱仪(EDS)对3.5 wt%NaCl溶液和酸性盐雾箱环境下的涂层进行了形貌及元素含量的表征。研究结果表明在两种腐蚀环境下Ni60Cr40和Ni80Cr20合金涂层表面形貌及元素含量均会发生少许改变,其中溅射电流为20 A或30 A条件下的两涂层表面形貌及元素含量改变最少。与此同时,使用电化学方法对两涂层进行了塔菲尔曲线测试。结果表明不同溅射电流下得到的Ni60Cr40和Ni80Cr20合金涂层均具有较强的耐腐蚀性能,其中30 A条件下的涂层性能更为优异。此条件下的Ni60Cr40合金涂层的极化电位为-18 mV,极化电流密度为0.17μA/cm2;Ni80Cr20合金涂层的极化电位为-31 mV,极化电流密度为0.13μA/cm2。本实验中得到的涂层以非晶结构为主,较好的阻止了腐蚀的进一步扩散,具有较强的耐腐蚀性能,其中尤以溅射电流为30 A条件下得到的Ni80Cr20合金涂层性能佳。
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