電鍍Ni-Co合金鍍層耐腐蝕性能研究

宋振興， 姚素薇， 王宏智， 張衛(wèi)國

(1.天津科技大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津 300457;2.天津大學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，天津 300072)

引 言

電鍍Ni-Co合金具有優(yōu)良的高溫耐腐蝕性能，其金相結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力較小，硬度高于鎳鍍層而略遜于硬鉻鍍層，耐磨性也十分出色［1］;同時，Ni-Co合金鍍層具有良好的磁性能、導(dǎo)電性能及釬焊性能［2-3］，因此，Ni-Co合金鍍層已經(jīng)廣泛應(yīng)用于精密儀器、電子設(shè)備、光學(xué)儀器、印刷電路板、照相器材以及高溫耐腐蝕性領(lǐng)域［4-5］。

結(jié)晶器是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要部件，工作時一直處于高溫環(huán)境，因此結(jié)晶器內(nèi)壁需要具有良好的高溫耐腐蝕性能［6-7］。多年來國產(chǎn)結(jié)晶器內(nèi)壁大多為傳統(tǒng)的電鍍硬鉻鍍層，雖然性能尚可，但是對環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，很多國家對其進行了嚴(yán)格限制。近年來我國環(huán)境問題也越來越受到關(guān)注，最近國家加大了對冶金煉鋼企業(yè)的整治力度，從而使結(jié)晶器內(nèi)壁鍍層的研究日益受到重視［8-10］。

目前，具有高溫耐磨及耐腐蝕性能的代鉻鍍層主要是Ni-Co合金及其復(fù)合鍍層，其鍍液已經(jīng)達(dá)到綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，適于環(huán)保結(jié)晶器的生產(chǎn)。因此，研究Ni-Co合金鍍層制備的工藝條件及其硬度、耐磨性有重大意義。本文研究了Co對Ni-Co合金鍍層耐腐蝕性能的影響。

1 實驗方法

1.1 鍍液組成

實驗采用的Ni-Co合金鍍液組成為:5～20g/L CoSO4·6H2O，40g/L NiSO4·6H2O，50g/L Na2SO4，1g/L YJ-1 添加劑。pH 為 5.0，θ為 25℃，Jκ為6A/dm2。

1.2 工藝流程

試樣基體為黃銅片，Ni-Co合金鍍層 δ約為30μm。

制備流程:打磨→水洗→電解除油→水洗→強浸蝕→水洗→弱浸蝕→水洗→電鍍→水洗→烘干

1.3 陽極極化及交流阻抗測試

采用CHI660型電化學(xué)工作站測試Ni-Co合金鍍層的陽極極化曲線及交流阻抗譜圖。陽極極化的掃速為1mV/s，掃描范圍為 －0.5～1.0V。交流阻抗初始電位為開路電壓，頻率為0.01～10000Hz。研究電極為環(huán)氧樹脂封閉的待測Ni-Co合金鍍層，A為1cm2，輔助電極為釕鈦網(wǎng)，參比電極為飽和甘汞電極，電解液為鹽酸、硫酸溶液。

1.4 人工海水浸泡試驗

人工海水組成為:1g/L CaCl2，2g/L MgSO4，3g/L MgCl2，25g/L NaCl。

Ni-Co合金鍍層稱量后環(huán)氧樹脂封閉，室溫下將試樣浸泡于人工海水中，每48h取出，除去環(huán)氧樹脂后稱量一次。

1.5 鍍層表面形貌的觀測

利用TESCAN TS5130SB型掃描電鏡(SEM)觀察Ni-Co合金鍍層表面形貌;采用INCA ENERGY 350能譜儀測試鍍層成分。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電鏡測試

圖1是Ni-Co合金鍍層中Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.26%、5.05%、7.06%、9.05% 及 10.88% 的 Ni-Co合金鍍層表面形貌(SEM)照片。由圖1可知，隨著鍍層Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其表面形貌趨于平整，結(jié)晶更加細(xì)致。

圖1 Ni-Co合金鍍層SEM照片

2.2 鍍層成分對耐蝕性的影響

2.2.1 Ni-Co合金鍍層在硫酸溶液中的耐蝕性

為考察Ni-Co合金鍍層成分對其耐蝕性的影響，分別測試鍍層中 Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.26%、5.05%、7.06%、9.05% 及 10.88% 的 Ni-Co 合金鍍層在10%硫酸溶液中的交流阻抗及陽極極化圖譜。

圖2為Ni-Co鍍層在10%硫酸溶液中的交流阻抗譜圖，圖2中半圓直徑代表電化學(xué)反應(yīng)電荷轉(zhuǎn)移電阻。半圓直徑越大，鍍層的耐蝕性越好。由圖2可知，隨著鍍層中w(Co)的增大，其電化學(xué)反應(yīng)電阻Rr隨之增大，鍍層耐腐蝕性能逐漸提高。

圖2 Ni-Co合金鍍層在硫酸溶液中的交流阻抗譜圖

圖3為Ni-Co合金鍍層在10%硫酸溶液中的陽極極化曲線。當(dāng)鍍層中w(Co)從3.26%增大到10.88%時，腐蝕電位從 －2.65V 正移到 －1.65V，腐蝕電流減小，鍍層的耐蝕性逐漸提高。與交流阻抗測試結(jié)果一致。

圖3 Ni-Co合金鍍層在硫酸溶液中的陽極極化曲線

2.2.2 Ni-Co合金鍍層在鹽酸溶液中的耐蝕性

為考察Ni-Co合金鍍層成分對其耐蝕性的影響，分別測試 Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.26%、5.05%、7.06%、9.05% 及 10.88% 的 Ni-Co 合金鍍層在10%鹽酸溶液中的交流阻抗譜圖和陽極極化曲線。

圖4為不同w(Co)的Ni-Co合金鍍層在10%鹽酸溶液中的交流阻抗譜圖。由圖4可知，耐腐蝕性能隨鍍層中w(Co)不斷增大而提高。當(dāng)w(Co)從3.26%增大到10.88%時，鍍層的電化學(xué)反應(yīng)電阻Rr逐漸增大，耐蝕性逐漸提高。

圖4 Ni-Co合金鍍層在鹽酸溶液中的交流阻抗譜圖

圖5為Ni-Co合金鍍層在10%鹽酸溶液中的陽極極化曲線。由圖5可知，當(dāng)鍍層的 w(Co)從3.26%增大到10.88%時，鍍層的腐蝕電位逐漸正移，從 －0.301V正移到 －0.274V，耐蝕性逐漸提高，與交流阻抗測試結(jié)果一致。

圖5 Ni-Co合金在鹽酸溶液中的陽極極化曲線

2.2.3 人工海水浸泡試驗

為考察Ni-Co合金鍍層成分對其耐蝕性的影響，將鍍片浸泡在人工海水中，從而得到鍍層的腐蝕質(zhì)量損失與浸泡時間的關(guān)系，如圖6所示。

圖6 Ni-Co合金鍍層在人工海水中腐蝕曲線

由圖6可知，隨著浸泡時間的增加，試樣的腐蝕質(zhì)量損失均逐漸增加，且在浸泡時間相同的情況下，隨鍍層w(Co)的增大試樣的腐蝕質(zhì)量損失減小，說明鍍層的耐蝕性逐漸提高。與陽極極化和交流阻抗測試結(jié)果一致。

由以上實驗可知，Ni-Co合金鍍層耐蝕性隨Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而逐步提高，這可能是因為隨著Co金屬的不斷加入，Ni-Co合金鍍層的組成產(chǎn)生變化，腐蝕電位隨之正移，從而提高了鍍層耐腐蝕性。

3 結(jié)論

1)通過SEM測試可知，制備的Ni-Co合金鍍層表面平整，結(jié)晶細(xì)致，表面裂紋和劃痕較少，隨著鍍層中w(Co)的增加，其表面形貌趨于平整，結(jié)晶更加細(xì)致。

2)Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.26%、5.05%、7.06%、9.05%及10.88%的Ni-Co合金鍍層在10%硫酸溶液、10%鹽酸溶液中的交流阻抗譜圖和陽極極化曲線顯示，當(dāng)w(Co)從3.26%增大到10.88%時，耐蝕性逐漸提高。

3)由浸泡試驗可知，在人工海水中浸泡的Ni-Co合金鍍層隨著浸泡時間的增加，試樣的腐蝕質(zhì)量損失均逐漸增加;且在浸泡時間相同的情況下，試樣的腐蝕質(zhì)量損失隨鍍層Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大減小。

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