電刷鍍鎳-氧化釔納米復(fù)合鍍層的組織與耐蝕性

凌文丹，趙平堂, *，李志攀，張松奇，梁科

（1.鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.河南天海電器有限公司研究院，河南 鶴壁 458030）

電刷鍍鎳-氧化釔納米復(fù)合鍍層的組織與耐蝕性

凌文丹1，趙平堂1,2,*，李志攀1，張松奇1，梁科1

（1.鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.河南天海電器有限公司研究院，河南 鶴壁 458030）

采用電刷鍍工藝制備了 Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層，鍍液組成和工藝條件為：NiSO4·6H2O 230 ~ 255 g/L，檸檬酸三鈉90 ~105 g/L，乙酸銨20 ~ 30 g/L，Y2O315 g/L，表面活性劑0.01 g/L，pH 7.2 ~ 7.5，溫度 20 ℃，電壓 12 V，電筆速率 100 ~ 120 mm/s，時(shí)間15 min。分別利用電子顯微鏡、X射線衍射儀和電化學(xué)工作站表征了鍍層的表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)和耐腐蝕性能。結(jié)果表明，與快速鎳鍍層相比，Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層更為平整、致密，晶粒相對(duì)細(xì)小。Ni-Y2O3復(fù)合鍍層在3.5% NaCl溶液中的自腐蝕電位和腐蝕速率分別為-184.86 mV和0.0596 mm/a，腐蝕后表面只是局部存在輕微的凹坑，因此 Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能明顯優(yōu)于快速鎳鍍層。

鎳；氧化釔；復(fù)合鍍層；電刷鍍；表面形貌；微觀結(jié)構(gòu)；耐腐蝕性

稀土是我國一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略資源，其在現(xiàn)代表面技術(shù)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用正備受關(guān)注。將稀土元素引入電解液中起改善鍍液性能、促進(jìn)電沉積和提高鍍層性能等作用[1-5]。納米復(fù)合鍍技術(shù)是近年來表面鍍覆領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前有關(guān)納米稀土顆粒在復(fù)合鍍中的應(yīng)用也在逐步展開。周月波等[6]發(fā)現(xiàn)，納米CeO2可顯著細(xì)化基體Ni鍍層的晶粒尺寸，所得Ni-CeO2復(fù)合鍍層具有更高的硬度和較好的耐磨性。薛玉君等[7]發(fā)現(xiàn)，納米La2O3的引入可明顯改變Ni基鍍層的磨損機(jī)理，顯著減輕Ni-La2O3復(fù)合鍍層在干摩擦下的摩擦磨損。申晨等[8]采用超聲電沉積法制備了 Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層，其組織細(xì)密，顯微硬度達(dá)純鎳層的2倍。Y.B.Zhou等[9]發(fā)現(xiàn)，將Y2O3顆粒引入Ni3Al合金鍍層可顯著細(xì)化鍍層晶粒和增強(qiáng)抗高溫氧化性能。袁慶龍等[10]制備的 Ni-Co-W/Y2O3復(fù)合鍍層具有比 Ni-Co-W 合金鍍層更高的硬度和良好的摩擦磨損特性?，F(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)機(jī)械零部件的表面性能也提出了更高的要求，如塑料模具長期在高溫、高壓、腐蝕等惡劣工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，要求模具表面既要有良好的耐磨、抗高溫性能，又要有較好的耐腐蝕性能。但目前有關(guān)Y2O3顆粒對(duì)復(fù)合鍍層耐蝕性能影響的研究尚不多見，關(guān)于納米Y2O3顆粒在復(fù)合電刷鍍中的研究也鮮見報(bào)道。電刷鍍以設(shè)備輕便、沉積速率快、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)而表現(xiàn)出其他鍍層沉積技術(shù)難以比擬的優(yōu)勢(shì)，因此開發(fā)新型功能復(fù)合刷鍍層和探索納米Y2O3對(duì)復(fù)合鍍層耐蝕性能的影響具有重要意義。本文利用復(fù)合電刷鍍技術(shù)在 2Cr13不銹鋼基體上制備了 Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層，分析了鍍層的表面形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)腐蝕特性，以期為相關(guān)研究和應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

陽極采用高純不溶性石墨，并用脫脂棉和滌綸包套包裹，陰極選用100 mm × 60 mm × 10 mm的2Cr13不銹鋼，納米Y2O3的平均粒徑為40 nm，采用武漢材料保護(hù)研究所的SDK-200AHZ智能刷鍍機(jī)刷鍍。

數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心元素。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的過程當(dāng)中，數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生諸多漏洞，而不法分子則會(huì)利用這些數(shù)據(jù)漏洞來攻擊計(jì)算機(jī)，致使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。如存在于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，其就極易遭到攻擊，數(shù)據(jù)信息被竊取、篡改的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，致數(shù)據(jù)完整性遭到破壞。部分不法分子還會(huì)在數(shù)據(jù)脆弱部分對(duì)其進(jìn)行攻擊，通過攻擊此部分內(nèi)容來窺探內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息，致內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)遭到泄漏。此外，利用數(shù)據(jù)漏洞還可給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)植入木馬、病毒等，致系統(tǒng)癱瘓，無法運(yùn)行。

1.2 工藝流程

以特殊鎳作打底鍍層，快速鎳鍍液作復(fù)合鍍基礎(chǔ)液，具體工藝流程為：砂紙打磨—超聲波清洗—電凈(正接)—水洗—2號(hào)活化液活化(反接)—水洗—3號(hào)活化液活化(反接)—水洗—鍍特殊鎳(正接，2 ~ 5 μm)—水洗—復(fù)合鍍Ni-Y2O3或快速鎳電鍍(正接，45 ~55 μm)—水洗—烘干。

1.3 配方與工藝

1.3.1 電凈

從圖3可以看出，2種鍍層的基本相均為鎳，3個(gè)強(qiáng)峰基本對(duì)應(yīng)。由于復(fù)合鍍液中Y2O3的添加量較少，沉積到鍍層中的納米Y2O3含量也較低，因此未能分辨出Y2O3的衍射峰。對(duì)比兩條譜線可知，Ni-Y2O3復(fù)合鍍層衍射峰的半峰寬明顯大于純Ni層。由德拜謝樂公式計(jì)算可知，復(fù)合鍍層、純鎳鍍層的晶粒尺寸分別為15.7 nm和22.6 nm，說明納米Y2O3起細(xì)化鍍層晶粒的作用，與SEM結(jié)果一致。

1.3.2 活化

1.3.2.2 3號(hào)活化液

1.3.2.1 2號(hào)活化液

1.3.3 鍍特殊鎳

圖2為Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層的EDS譜，可以看出鍍層中有 Y和 O元素存在，說明刷鍍過程中納米Y2O3顆粒的確與鎳離子發(fā)生共沉積。除Ni、Y、O元素外，鍍層中還有Fe、C、Cr等元素，這是由于鍍層較薄，高能電子束轟擊到了2Cr13不銹鋼基體。

鍍前依次通過磁力攪拌30 min、超聲波震蕩30 min和磁力攪拌30 min對(duì)快速鎳鍍液中的納米Y2O3顆粒進(jìn)行解團(tuán)聚處理，以獲得納米Y2O3穩(wěn)定分散的復(fù)合鍍液。

1.4 性能表征

采用日本電子株式會(huì)社的JSM-6390LV型掃描電鏡(SEM)觀察鍍層的表面微觀形貌，并采用其附帶的INCA-ENERAGY250型能譜儀(EDS)分析復(fù)合鍍層的成分。采用德國布魯克AXS有限公司的D8 ADVANCE型X射線衍射儀(XRD)分析鍍層物相結(jié)構(gòu)，Cu靶，40 kV，0.02°/s。采用武漢科思特儀器有限公司的CS-350型電化學(xué)工作站在室溫下測(cè)定鍍層的耐蝕性能，以3.5% NaCl水溶液為腐蝕介質(zhì)，主要測(cè)定鍍層的動(dòng)電位極化曲線，掃描速率為5 mV/s，采用三電極體系，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑銠合金為輔助電極，1 cm × 1 cm的試樣為工作電極。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)束后，采用日本奧林巴斯公司的 GX51型高倍金相顯微鏡觀察腐蝕后的鍍層組織。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌

圖 3為快速鎳鍍層和 Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層的XRD譜。

圖1 快速鎳鍍層和Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的表面形貌Figure 1 Surface morphologies of fast nickel coating and Ni-Y2O3 composite coating

1.3.4 復(fù)合鍍Ni-Y2O3

如表4所示，絕大部分低收入家庭用水沒有問題，使用標(biāo)準(zhǔn)自來水的家庭占比80.1%，但還有19.9%的家庭需得到關(guān)注。另外，集中供暖設(shè)施(除去南方不供暖，北方還是有很多家庭未實(shí)現(xiàn)集體供暖)與有限網(wǎng)絡(luò)普及不夠。值得注意的是，各區(qū)域差異比較大，在擁有有限網(wǎng)絡(luò)、集中供暖設(shè)施、室內(nèi)上下水、室內(nèi)沖水廁所、標(biāo)準(zhǔn)自來水這幾個(gè)方面，中心城市、城市郊區(qū)城鄉(xiāng)結(jié)合部、縣城和建制鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū)狀況依次呈下降趨勢(shì)。尤其需要關(guān)注農(nóng)村低收入家庭住房配套設(shè)施，因其不像中心城市可以隨物業(yè)水平的提高而整體完善各項(xiàng)配套設(shè)施，農(nóng)村地區(qū)以自建房為主，其操作性與可行性要遠(yuǎn)差于其他三個(gè)區(qū)域。

圖2 Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的EDS譜Figure 2 EDS spectrum of Ni-Y2O3 composite coating

2.2 鍍層的結(jié)構(gòu)

圖 1為在掃描電鏡下觀察的快速鎳鍍層和Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層的表面形貌。從圖1可以看出，快速鎳鍍層和 Ni-Y2O3復(fù)合鍍層均由無數(shù)個(gè)鎳的多晶粒團(tuán)簇單元構(gòu)成，快速鎳鍍層表面較為疏松，晶簇單元尺寸較大，約為30 μm，Ni-Y2O3復(fù)合鍍層相對(duì)致密，表面的晶簇尺寸明顯較小，約為10 μm，可見納米Y2O3的加入可顯著細(xì)化鍍層組織。這是由于納米Y2O3在與基質(zhì)鍍液共沉積的過程中可作為鍍層晶粒形核的質(zhì)點(diǎn)，使鍍層的形核率增大，并且納米Y2O3顆粒在鍍層中的彌散分布可在一定程度上阻礙鍍層晶粒長大，最終細(xì)化了鍍層晶粒，獲得致密的鍍層組織。

圖3 快速鎳鍍層和Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的XRD譜圖Figure 3 XRD patterns of fast nickel coating and Ni-Y2O3 composite coating

陶小西留溫衡過春節(jié)，可是她想起那個(gè)長發(fā)女生，違心地拒絕了。在離開之前，溫衡終究還是覺得心里難受，她走時(shí)指著他那輛自行車。

2.3 鍍層的電化學(xué)腐蝕分析

2.3.1 動(dòng)電位極化曲線

圖 4為快速鎳鍍層和 Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層在3.5% NaCl溶液中的動(dòng)電位掃描極化曲線。從圖4可知，Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層存在明顯的鈍化區(qū)，快速鎳鍍層無明顯的鈍化區(qū)。這說明 Ni-Y2O3復(fù)合鍍層在電化學(xué)腐蝕過程中更容易發(fā)生鈍化，在表面生成連續(xù)的致鈍保護(hù)膜，有效阻止腐蝕液對(duì)基質(zhì)鍍層的進(jìn)一步腐蝕；快速鎳鍍層的組織相對(duì)疏松，在電化學(xué)腐蝕過程中難以形成連續(xù)的鈍化膜，腐蝕液不斷進(jìn)入鍍層內(nèi)部組織，從而產(chǎn)生活性溶解現(xiàn)象。從圖4還可以看出，Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的自腐蝕電位明顯正于快速鎳鍍層，說明復(fù)合鍍層較難發(fā)生腐蝕，具有良好的抗腐蝕性能。這可能是由于納米Y2O3對(duì)鍍層組織的細(xì)化作用促進(jìn)了鍍層表面鈍化膜的形成，同時(shí)納米Y2O3顆粒在鍍層中的彌散分布對(duì)鍍層有一定的填充作用，降低了鍍層的孔隙率，且納米Y2O3在復(fù)合鍍層上的附著與鑲嵌減小了基質(zhì)鍍層與腐蝕溶液的接觸面積[11]。這些因素的綜合作用使Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能大大提高。

從表1可知，Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層具有較低的腐蝕電流密度和腐蝕速率，其值均約為快速鎳鍍層的1/2，可見 Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能顯著優(yōu)于快速鎳鍍層。

圖4 快速鎳鍍層和Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的極化曲線Figure 4 Polarization curves for fast nickel coating and Ni-Y2O3 composite coating

表1為2種鍍層動(dòng)電位極化曲線的擬合結(jié)果。

表1 不同鍍層的極化曲線擬合結(jié)果Table 1 Fitting results for polarization curves of different coatings

預(yù)算控制是醫(yī)院內(nèi)部控制的重要手段，全面預(yù)算管理要求醫(yī)院所有收入支出都必須納入預(yù)算管理，從預(yù)算的編制、審批、執(zhí)行、調(diào)整和評(píng)價(jià)進(jìn)行全過程的控制。預(yù)算業(yè)務(wù)最主要的風(fēng)險(xiǎn)在于預(yù)算編制和執(zhí)行的控制不力。

2.3.2 腐蝕后的形貌

“以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心是興國之要，發(fā)展仍是解決我國所有問題的關(guān)鍵?！秉h的十八大以來，習(xí)近平把發(fā)展作為執(zhí)政興國第一要?jiǎng)?wù)，高度重視經(jīng)濟(jì)工作。從經(jīng)濟(jì)“新常態(tài)”到“供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”，從四個(gè)“沒有變”到“建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系”……習(xí)近平對(duì)經(jīng)濟(jì)工作作出一系列重要判斷和部署，把全面深化改革不斷推向深入。

圖5為經(jīng)電化學(xué)腐蝕后快速鎳鍍層和 Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的金相照片。從圖 5可以看出，快速鎳鍍層表面存在大面積的、連續(xù)的腐蝕凹坑，腐蝕后的鍍層組織更為疏松；Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層除局部存在輕微的腐蝕凹坑外，其他大面積區(qū)域的腐蝕并不明顯，與極化曲線的分析結(jié)果一致。這說明在電化學(xué)腐蝕過程中，Ni-Y2O3復(fù)合鍍層表面形成的連續(xù)鈍化膜以及納米Y2O3在鍍層中的機(jī)械屏蔽作用在一定程度上阻礙了腐蝕溶液對(duì)基質(zhì)鍍層的腐蝕過程，同時(shí)納米Y2O3顆粒的彌散分布有效阻止了腐蝕坑的擴(kuò)大和蔓延[12]，從而提高了鍍層的耐腐蝕性能。

圖5 快速鎳鍍層和Ni-Y2O3復(fù)合鍍層經(jīng)電化學(xué)腐蝕后的表面形貌Figure 5 Surface morphologies of fast nickel coating and Ni-Y2O3 composite coating after electrochemical corrosion

3 結(jié)論

(1)納米Y2O3的加入可顯著細(xì)化Ni的晶粒尺寸。與純鎳鍍層相比，Ni-Y2O3復(fù)合鍍層的表面更為平整致密，多晶粒團(tuán)簇單元尺寸明顯較小。

總而言之，小學(xué)階段的思想品德教育在學(xué)生今后的成長發(fā)展中的作用不容忽視，學(xué)校、家長和社會(huì)要相互聯(lián)合，糾正目前存在的對(duì)學(xué)生思想品德教育的誤區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生朝著更為全面健康的方向發(fā)展。

(2)在 3.5% NaCl溶液腐蝕體系中，Ni-Y2O3復(fù)合鍍層具有更正的自腐蝕電位和較低的腐蝕速率，在電化學(xué)腐蝕過程中易形成鈍化保護(hù)膜；腐蝕后的復(fù)合鍍層表面只存在輕微的腐蝕凹坑，耐腐蝕性能明顯優(yōu)于快速鎳鍍層。

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Structure and corrosion resistance of nickel-yttrium oxide composite coating prepared by brush plating

LING Wen-dan, ZHAO Ping-tang*, LI Zhi-pan, ZHANG Song-qi, LIANG Ke

A Ni-Y2O3nanocomposite coating was prepared by brush plating from the bath containing NiSO4·6H2O 230-255 g/L, trisodium citrate 90-105 g/L, ammonium acetate 20-30 g/L, Y2O315 g/L, and surfactant 0.01 g/L at temperature 20 ℃, pH 7.2-7.5, voltage 12 V, and rate of electroprobe 100-120 mm/s for 15 min.The surface morphology, microstructure, and corrosion resistance of coating were characterized by scanning electron microscope,X-ray diffractometer, and electrochemical workstation,respectively.The results showed that Ni-Y2O3nanocomposite coating is smoother, more compact, and finergrained as compared with a fast nickel coating.The selfcorrosion potential and corrosion rate of the Ni-Y2O3composite coating in 3.5% NaCl solution are -184.86 V and 0.059 6 mm/a, respectively.The Ni-Y2O3composite coating has only slight pits on its local surface after corrosion, showing much better corrosion resistance than the fast nickel coating.

nickel; yttrium oxide; composite coating; brush plating; surface morphology; microstructure; corrosion resistance

College of Hebi Automotive Engineering Professional, Hebi 458030, China

TQ153.2

A

1004-227X (2014)11-0460-04

2013-12-16

2014-04-12

河南省教育廳科研項(xiàng)目（13B430105）。

凌文丹（1986-），女，河南周口人，碩士，主要研究方向?yàn)椴牧媳砻娓男约夹g(shù)，發(fā)表論文10余篇。

趙平堂，博士，高級(jí)工程師，(E-mail)zhaopingtang@126.com。

周新莉]