WC復(fù)合鍍層耐腐蝕性能研究

袁德林，陳 顥，杜文強(qiáng)，李 忠

（1.贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000；2.江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 贛州 341000；3.江西理工大學(xué) 冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

0 引言

復(fù)合電鍍技術(shù)是在電解質(zhì)溶液中加入一種或數(shù)種不溶性固體顆粒，利用電沉積技術(shù)，使金屬離子被還原的同時(shí)，將不溶性的固體顆粒均勻地彌散嵌入金屬基鍍層中的方法［1］。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)金屬機(jī)械零部件表面性能的要求早已超出了單一材料可以達(dá)到的性能范圍，因此復(fù)合鍍層被認(rèn)為是解決高溫腐蝕、高溫強(qiáng)度和磨損，以及某些特殊情況下的腐蝕、磨損問題的一種很有效方法［2］。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)添加SiC、Al2O3、TiC、ZrO2、SiO2、金剛石等微粒［3-5］的復(fù)合鍍層開展了較多的研究，WC由于具有耐高溫、硬度大、耐磨、耐腐蝕等方面的優(yōu)異性能，在摩擦、磨損、腐蝕等領(lǐng)域的應(yīng)用前景巨大［6-8］。本文采用電沉積方法制備了Ni-WC復(fù)合鍍層，并對(duì)其表面形貌與腐蝕性能進(jìn)行了考察。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 Ni-WC復(fù)合鍍層的制備

基體為30mm×40mm的紫銅片，將基體用砂紙打磨，再經(jīng)堿洗、水洗、酸洗、水洗、活化、水洗，放入鍍液進(jìn)行復(fù)合電鍍。

WC微粒由贛州有色冶金研究所材料研究室制備。WC微粒先用丙酮洗，再經(jīng)硝酸洗和蒸餾水洗之后經(jīng)超聲分散3min，加入鍍液中。電鍍過程中采用機(jī)械攪拌。鍍液組成見表1。

表1 鍍液組成

1.2 鍍層形貌與成分分析

鍍層的表面形貌采用荷蘭XL30W/TMP掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析表征，用金相顯微鏡觀察鍍件與鍍層的橫截面。用日本理學(xué)Miniflex型x射線衍射儀對(duì)鍍層的成分進(jìn)行分析。

1.3 鍍件腐蝕性能研究

采用三電極體系，工作電極為復(fù)合鍍層合金電極（面積為1cm2），參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為鉑電極，溫度為室溫，腐蝕電解液為3.5％的NaCl（分析純）溶液。由于外加電流與極化電位之間服從塔菲爾（Tafel）關(guān)系，在極化曲線的Tafel區(qū)間，可以通過Tafel曲線外推法可以得到復(fù)合鍍層的腐蝕電流與腐蝕電位。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 鍍層的表面形貌

圖1所示為不同WC制得鍍層的SEM圖，結(jié)合EDS可以看出鍍層表面都有WC顆粒分布，但鍍液中WC含量為30g/L所得的鍍層WC顆粒分布均勻，部分顆粒被金屬基體掩埋的較深，還有部分顆粒掩埋的較淺，這是由于復(fù)合電鍍過程中顆粒不斷被吸附在工件上，停止電鍍后，部分顆粒已經(jīng)被Ni鍍層完全掩埋，還有部分顆粒正好處于半掩埋狀態(tài)。而鍍液中WC含量為10g/L所得的鍍層WC顆粒分布不均勻，部分區(qū)域出現(xiàn)了缺乏WC顆粒的鍍層。

圖2是圖1中a鍍件的橫截面金相照片，從圖可以清晰分辨出鍍件基體、復(fù)合鍍層、半掩埋的WC顆粒以及黑色鑲料。從圖中還可以看出鍍件基體與復(fù)合鍍層之間沒有縫隙，說明鍍件基體與復(fù)合鍍層有較好的結(jié)合。同時(shí)復(fù)合鍍層的厚度均勻、平整，在鍍層邊緣有部分未完全掩埋的WC顆粒。

圖1 不同WC濃度所得鍍層SEM圖

圖2 鍍件截面金相照片

2.2 鍍層成分分析

圖3為鍍層的XRD圖，從圖中可以看出，鍍層中含有Ni和WC，說明在復(fù)合電鍍過程中，WC顆粒伴隨著電沉積過程，進(jìn)入了Ni鍍層中。

圖3 鍍層的XRD圖

2.3 鍍件的腐蝕性能

圖4是鍍層所測(cè)得的電極極化曲線，從圖中可以看出，鍍液中添加了10g/L和30g/L的WC顆粒所制備的復(fù)合鍍層，其腐蝕電位分別為-0.894 5V和-0.711 4V與純鎳鍍層-0.938 4V的腐蝕電位相比出現(xiàn)正移現(xiàn)象。同時(shí)，復(fù)合鍍層的腐蝕電流分別為3.05×10-7A和2.01×10-7A與純鎳鍍層9.376×10-7A相比出現(xiàn)降低。并且鍍液中WC顆粒濃度越大，鍍層的腐蝕電位增加越多同時(shí)腐蝕電流也降低越多，這表明復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能與純鎳鍍層相比有較大的提高。這是由于WC顆粒本身的化學(xué)性質(zhì)可以耐酸堿鹽的腐蝕，它的電位與鎳性比為正，當(dāng)鎳作為陽極發(fā)生陽極極化時(shí)，WC微?？赡艽龠M(jìn)鎳的鈍化從而減少鎳在腐蝕介質(zhì)中的溶解，進(jìn)而提高了整個(gè)復(fù)合鍍層樣品的耐腐蝕。此外，大量的WC顆粒覆蓋于晶粒表面，可以把腐蝕介質(zhì)和晶粒隔開，從而減少了陽極（復(fù)合鍍層）在腐蝕溶液中的暴露面積，因此也可以減輕腐蝕溶液對(duì)鍍層的腐蝕。同時(shí)，WC顆粒鑲嵌在鍍層中鎳晶粒和晶界之間填充了鎳晶粒之間的孔隙，使復(fù)合鍍層與純鎳鍍層相比更加致密，WC還作為增強(qiáng)相均勻復(fù)合在鍍層中，還可以阻止腐蝕坑的增大。

圖4 鍍層的電極極化曲線圖

3 結(jié)論

（1）采用電沉積方法可以制備出WC顆粒彌散分布的復(fù)合鍍層，鍍層與基體的結(jié)合良好。

（2）在3.5％NaCl腐蝕體系中，Ni-WC復(fù)合鍍層與純鎳鍍層相比，腐蝕電位正移而腐蝕電流下降，耐腐蝕性能提高。

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