Co—Fe—P復(fù)合鍍層的制備及性能研究

孫雅茹　牛軼強(qiáng)　赫卿

摘 要：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)選取影響電沉積Co-Fe-P復(fù)合鍍層的4個(gè)因素，設(shè)計(jì)了L16（44）正交試驗(yàn)方案，以極差法研究了各因素對(duì)鍍層表面的影響，確定了最優(yōu)工藝條件并利用極化曲線和交流阻抗實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)鍍液主鹽配比（CoSO4/7H2O/FeSO4/7H2O）為0.11/0.01、鍍液pH為10、施鍍溫度為60℃、電流密度為25mA/dm2時(shí)，得到的Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能最佳。

關(guān)鍵詞：Co-Fe-P復(fù)合鍍層 制備 性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ630.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（a）-0100-03

Co-Fe-P復(fù)合鍍層具備很好的耐蝕能力，較高的導(dǎo)電性、良好的耐摩擦能力以及優(yōu)良的軟磁性能，已得到廣泛應(yīng)用[1]。與傳統(tǒng)的Co-P硬磁合金相比，既保留了Co-P合金的優(yōu)異磁學(xué)性能，還由于Fe元素的加入，改善了合金的導(dǎo)電性；與傳統(tǒng)的Fe-P合金相比，既保留了Fe-P合金的良好的耐蝕性，還由于Co元素的加入，增強(qiáng)了合金的軟磁性能。

近些年來(lái)，研究人員對(duì)化學(xué)鍍方法制備Co-Fe-P復(fù)合鍍層[2]、電鍍方法制備Fe-Co-P復(fù)合鍍層[3]都做了大量研究，但電鍍方法制備Co-Fe-P復(fù)合鍍層的性能研究卻鮮有發(fā)表。

本研究采用電沉積鍍覆的方式，利用正交實(shí)驗(yàn)的方法，研究了不同的主鹽配比、pH、溫度、電流密度對(duì)Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能的影響，為進(jìn)一步改善合金的綜合性能提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 制備方法

本實(shí)驗(yàn)采用4因素4水平正交實(shí)驗(yàn)[4]，不考慮交互作用，所選取的4個(gè)因素分別為鍍液主鹽配比，鍍液pH，施鍍溫度，電流密度；每個(gè)因素選取4個(gè)水平，分別如下。鍍液組成：主鹽為CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O，總濃度為0.12mol/L，摩爾比例分別為0.11/0.01、0.10/0.02、0.09/0.03、0.08/0.04，0.3mol/L的NaH2PO2·2H2O，0.3mol/L的 Na3C6H5O7·2H2O，0.5mol/L的H3BO3，用NaOH調(diào)節(jié)pH值分別為7、8、9、10，電鍍工藝條件：陰極電流密度分別為10、15、20、25mA/dm2，溫度分別為40℃、50℃、60℃、70℃，鍍覆時(shí)間為1h。

基體為50mm×10mm×2mm的Q235碳鋼材料，基體需經(jīng)過(guò)砂紙打磨、堿性除油、酸活化等前處理過(guò)程。電鍍后所得的試樣需經(jīng)過(guò)水洗和吹干等后處理過(guò)程。

1.2 分析方法

利用CHI604D電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)試驗(yàn)[5，6]，采用三電極體系，以鍍覆了Co-Fe-P復(fù)合鍍層的Q235碳鋼材料為工作電極，面積為1cm2，以Pt電極作輔助電極，以飽和甘汞電極作參比電極，先在濃度為3.5%NaCl溶液中測(cè)定不同鍍層的開(kāi)路電位，然后利用Tafel直線外推法測(cè)量鍍層的自腐蝕電流和自腐蝕電位，并以此為依據(jù)討論不同鍍液配比和電鍍工藝條件下Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

為了便于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)考核，本研究中以鍍層在極化曲線實(shí)驗(yàn)中的自腐蝕電流作為正交試驗(yàn)考核目標(biāo)，對(duì)鍍層的耐腐蝕性能進(jìn)行分析，表1為正交試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果可以看出：各工藝參數(shù)對(duì)鍍層自腐蝕電流的影響的大小次序依次為，pH>電流密度>溫度>鍍液主鹽配比；最佳的工藝水平：鍍液主鹽配比0.11/0.01或0.09/0.03，pH10或7，溫度60℃，電流密度15mA/dm2。

2.2 極化曲線與交流阻抗實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖1A是1、2、3、4號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測(cè)得的極化曲線。其中Ecorr為自腐蝕電位，Icorr為腐蝕電流，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻。由圖可知，1、2、3、4號(hào)試樣的極化曲線產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，4號(hào)試樣的Ecorr最高，為-0.983V；Icorr最小，為0.2339mA/cm2；Rct最大，達(dá)到712Ω/cm2。說(shuō)明4號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動(dòng)力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強(qiáng)。由此可見(jiàn)，在第一組試樣中，4號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

圖1B是5、6、7、10號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測(cè)得的極化曲線。由圖可知，5、6、7、10號(hào)試樣的極化曲線都產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，鈍化區(qū)間相差不大，5號(hào)試樣的Ecorr最高，為-1.003V；Icorr最小，為0.1545mA/cm2；Rct最大，達(dá)到17Ω/cm2。說(shuō)明5號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動(dòng)力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強(qiáng)。由此可見(jiàn)，在第二組試樣中，5號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

圖2A是8、9、13、14號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測(cè)得的極化曲線。由圖可知，8、9、13、14號(hào)試樣的極化曲線都產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，而8號(hào)試樣的鈍化區(qū)間更大，8號(hào)試樣的Ecorr最高，為-1.020V；Icorr最小，為0.0801mA/cm2；Rct最大，達(dá)到565Ω/cm2。說(shuō)明8號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動(dòng)力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強(qiáng)。由此可見(jiàn)，在第三組試樣中，8號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

圖2B是11、12、15、16號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測(cè)得的極化曲線。由圖可知，11號(hào)、12號(hào)、15號(hào)、16號(hào)試樣的極化曲線同樣都產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，鈍化區(qū)間相差不大，12號(hào)試樣的Ecorr最高，為-1.018V；Icorr最小，為0.1708mA/cm2；Rct最大，達(dá)到17.2Ω/cm2。說(shuō)明12號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動(dòng)力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強(qiáng)。由此可見(jiàn)，在第四組試樣中，12號(hào)試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)考查了鍍液主鹽配比，pH，溫度，電流密度等因素對(duì)Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能的影響。得出最佳工藝參數(shù)，當(dāng)鍍液主鹽配比（CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O）為0.11/0.01、鍍液pH為10、施鍍溫度為60℃、電流密度為25mA/dm2時(shí)，得到的Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能最佳。

參考文獻(xiàn)

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