表面活性劑對 Ni-P-高嶺土復合鍍層耐蝕性能的影響

王桂香, 趙愛杰, 張曉紅, 龍 洋, 李占軍

（哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院黑龍江哈爾濱 150001）

表面活性劑對 Ni-P-高嶺土復合鍍層耐蝕性能的影響

王桂香, 趙愛杰, 張曉紅, 龍 洋, 李占軍

（哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院黑龍江哈爾濱 150001）

以低碳鋼為基體,通過在化學鍍液體系中加入高嶺土粒子獲得Ni-P-高嶺土復合鍍層,研究了表面活性劑種類及用量對復合鍍層性能的影響。實驗過程中采用金相顯微鏡和極化曲線分別對復合鍍層的表面形貌和耐蝕性能進行測試。結(jié)果表明:當采用聚乙二醇和十二烷基苯磺酸鈉時,復合鍍層的耐蝕性能較好,而采用三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化銨時,鍍層的耐蝕性能下降;當聚乙二醇的質(zhì)量濃度量為0.06 g/L時,復合鍍層的耐蝕性能最好。關(guān)鍵詞: 化學復合鍍;表面活性劑;高嶺土

0 前言

化學復合鍍是指在化學鍍液中加入非水溶性的固體微粒,使其與主體金屬共同沉積形成鍍層的工藝,所形成的鍍層可以同時具有基質(zhì)金屬與固體微粒兩類物質(zhì)的各項性能[1]。由于化學復合鍍不需電源和輔助陽極,不受基體材料形狀的影響,可在材料的各部位均勻沉積,鍍層具有硬度高、致密等優(yōu)點,是化學鍍技術(shù)的一個新進展[2-3]。

本文以低碳鋼為基體,通過在化學鍍Ni-P液體系中加入高嶺土粒子獲得Ni-P-高嶺土復合鍍層,研究了不同的表面活性劑及其用量對復合鍍層表面形貌與耐蝕性能的影響。

1 實驗

1.1 實驗材料

采用低碳鋼為基材,試片尺寸為50 mm×25 mm×1 mm。

1.2 工藝流程

其中打磨過程依次使用200#,600#和1 000#砂紙對試片進行逐級打磨。

1.3 基礎鍍液組成

NiSO4·6H2O 25 g/L,NaH2PO2·2H2O 30 g/L,CH3COONa·3H2O 20 g/L,C6H5Na3O7·2H2O 30 g/L,p H值5.0,86～90℃。高嶺土采用市售高純高嶺土,外觀為白色,主要成分為硅和鋁的氧化物。

1.4 測試方法

采用德國L EICA公司生產(chǎn)的DMIRM型金相顯微鏡觀察膜的表面形貌。利用上海辰華公司生產(chǎn)的CHI 660B型電化學工作站進行極化曲線測試。采用三電極體系,工作電極為待測試片,參比電極為飽和甘汞電極,輔助電極為面積為1 cm2的鉑片,電解質(zhì)溶液為質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液,待測試片暴露1 cm2的面積,掃描速率為0.01 mV/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑對復合鍍層性能的影響

2.1.1 表面活性劑種類對鍍層表面形貌的影響

圖1為鍍液中加入不同表面活性劑后得到的試片的表面形貌。實驗中高嶺土的質(zhì)量濃度為0.25 g/L,施鍍時間為30 min,表面活性劑的質(zhì)量濃度為0.06 g/L。圖1（a）為未添加表面活性劑時所得試片的表面形貌。由圖1（a）可知:鍍層較平整,有少量粒子沉積在表面。圖1（b）為加入三乙醇胺后所得試片的表面形貌。由圖1（b）可知:試片色澤暗,表面有較多粒子沉積,鍍層質(zhì)量較差。圖1（c）為加入十六烷基三甲基溴化銨后所得試片的表面形貌。由圖1（c）可知:鍍層上的微粒堆積較多,表面形貌較清晰,有一定光澤度;但是鍍層質(zhì)量較差,有一些小裂紋,小裂紋的存在會對鍍層的結(jié)合力和耐蝕性等性能造成影響;同時在施鍍過程中,反應較快,在鍍液的表面上產(chǎn)生大量的氣泡,且得到的鍍層表面發(fā)烏,反應時間延長至40 min后鍍液開始分解?？梢娛榛谆寤@的加入不僅對鍍液的穩(wěn)定性造成影響,而且得到的鍍層質(zhì)量也很差。圖1（d）為加入十二烷基苯磺酸鈉后所得試片的表面形貌。由圖1（d）可知:復合鍍層的表面有一定光澤,鍍層粒子分布、包覆較均勻,鍍液穩(wěn)定。圖1（e）為加入聚乙二醇（M=4 000）后所得試片的表面形貌。由圖1（e）可知:復合鍍層的粒子分布較均勻,有一定金屬光澤,表面形貌較好,鍍液穩(wěn)定性較好。

2.1.2 表面活性劑種類對鍍層耐蝕性能的影響

圖2為不同表面活性劑作用下所得復合鍍層的極化曲線測試結(jié)果,其極化曲線參數(shù),如表1所示。實驗中高嶺土的質(zhì)量濃度為0.25 g/L,表面活性劑的質(zhì)量濃度為0.06 g/L,施鍍時間為30 min。

圖1 不同表面活性劑作用下的復合鍍層的表面形貌

圖2 高嶺土復合鍍層的極化曲線圖

表1 高嶺土復合鍍層的極化曲線參數(shù)

由圖2和表1中可知:聚乙二醇為表面活性劑時所得復合鍍層的耐蝕性最好,其次是十二烷基苯磺酸鈉,三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑時獲得的鍍層的耐蝕性能比未添加表面活性劑時還差。原因在于聚乙二醇為非離子型表面活性劑,由于它的表面活性作用對高嶺土粒子有一定的包覆作用,使其穩(wěn)定、均勻地分散在鍍液中,從而使高嶺土粒子在金屬沉積過程中均勻地分布于鍍層之中,并被鍍層覆蓋。十二烷基苯磺酸鈉為陰離子型表面活性劑,能在鍍液中將高嶺土粒子包覆,故粒子表面帶負電;在化學沉積過程中,由于粒子帶有電荷,使其在鍍層中分布不均勻,故形成鍍層的耐蝕性能比使用非離子型表面活性劑的差。三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化銨為陽離子型表面活性劑,鍍液中的高嶺土粒子表面將帶正電荷,可能是由于正電荷的作用使其在鍍層中沉積較少,而大部分沉積在金屬表面。

2.2 聚乙二醇對復合鍍層性能的影響

圖3為在質(zhì)量濃度不同的聚乙二醇作用下所得復合鍍層的極化曲線,其極化參數(shù),如表2所示。實驗中高嶺土粒子的質(zhì)量濃度為0.25 g/L,施鍍時間為30 min。由圖3和表2可知:隨著聚乙二醇的質(zhì)量濃度的增加,所得鍍層的耐蝕性能先增強而后下降,當其質(zhì)量濃度為0.06 g/L時,鍍層的耐蝕性能最好。

圖3 不同質(zhì)量濃度的聚乙二醇作用下鍍層的極化曲線

表2 不同質(zhì)量濃度的聚乙二醇作用下鍍層的極化參數(shù)

3 結(jié)論

聚乙二醇、十二烷基苯磺酸鈉的加入可提高Ni-P-高嶺土復合鍍層的耐蝕性能,三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化銨的加入使得鍍層的耐蝕性能下降。當聚乙二醇的質(zhì)量濃度為0.06 g/L時,獲得鍍層的耐蝕性能最好。

[1] Qiu Y F,Ting J L,Zhong T Z.Preparation of nanostructured Ni/Al2O3composite coatings in high magnetic field[J].Surface and Coatings Technology,2006,201（14）:6 247-6 252.

[2] Gao J Q,Liu L.Electroless Ni-P-SiC composite coatings with superfine particles[J].Surface and Coatings Technology,2006,200（20）:5 836-5 842.

[3] Zhang S S,Han K J,Cheng L.The effect of SiC particles added in electroless Ni-P plating solution on the properties of composite coatings[J].Surface and Coatings Technology,2008,202（12）:2 808-2 812.

[4] Dong D,Chen X H,Xiao W T,et al.Preparation and properties of electroless Ni-P-SiO2composite coatings[J].Applied Surface Science,2009,255（15）:7 051-7 055.

[5] Deguchi Takenori,Imai Kiyohisa,Misunobu Iwasaki,et al.Photocatalyrically highly active nanocomposite films consisting of TiO2particle[J].Journal of the Electrochemical Society,2000,147（6）:2 263-2 267.

[6] 黃新民,錢利華,徐金霞.鎳-磷-納米顆?；瘜W復合鍍的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].電鍍與涂飾,2002,21（6）:12-16.

Effects of Surfactants on Property of Ni-P-K aolin Composite Coatings

WANG Gui-xiang, ZHAO Ai-jie,ZHANG Xiao-hong, LONGYang, LI Zhan-jun
（Harbin Engineering University,College of Materials Science and Chemical Engineering,Key Laboratory of Superlight Material and Surface Technology,Harbin 150001,China）

The Ni-P-kaolin composite coatings were obtained by adding kaolin particles to electroless plating solutions on low carbon matrix.The effects of kinds and dosage of surfactants on composite coatings were studied.The morphology and corrosion resistance of the coatings were examined by metallographic microscope and polarization curves respectively.The results show that with addition of polyethylene glycol or sodium dodecyl benzene sulfonate,the corrosion resistance of the composite coatings is better,while with addition of triethanolamine and cetyltrimethyl ammonium bromide,the corrosion resistance of the coatings becomes worse.When the mass concentration of polyethylene glycol is 0.06 g/L,the corrosion resistance of the coatings is the best.

electroless composite plating;surfactant;kaolin

TG 174

A

1000-4742（2011）04-0031-03

2010-05-14