電沉積Fe-Ni-Cr合金工藝的研究

 (西北工業(yè)大學航空學院，陜西西安710072)

摘要：  在氯化物一硫酸鹽體系中，采用電沉積法在458鋼基體上制備Fe-Ni-Cr合金鍍層，研究了電流密度、溫度及pH值對合金鍍層成分的影響。借助掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射分析了合金鍍層的表面形貌、成分和相組成，采用電化學法和鹽霧實驗評價了鍍層的耐蝕性。結(jié)果表明：Fe-Ni-Cr三元舍金鍍層均勻、致密、光滑，鍍層中Cr的質(zhì)量分數(shù)為15.63 %,Ni的質(zhì)量分數(shù)為9.96%}在一定范圍內(nèi)提高電流密度、鍍液的pH值和溫度可以增加鍍層中的Cr的質(zhì)量分數(shù)，鍍層的耐蝕性也得到相應的提高。

關(guān)鍵詞：  電沉積；Fe-Ni-Cr合金；工藝；耐蝕性

中圖分類號：TQ 153    文獻標識碼：A    史章編號：1000-4742 (2011) 03-0014-04

0前言

Fe-Ni-Cr合金具有優(yōu)良的耐磨性和耐蝕性，光澤柔和，是理想的防護裝飾材料，也是一種高導磁材料，因此受到廣泛關(guān)注。用電沉積法制備Fe-Ni-Cr合金鍍層，不僅具有冶煉法生產(chǎn)的同類合金的優(yōu)點，同時還具有結(jié)構(gòu)均勻、成分容易調(diào)整、硬度高、外表美觀、耐蝕性好、工藝簡單、操作方便、能耗小、成本低[1-4]等特點；且相較于六價鉻，三價鉻電沉積Fe-Ni-Cr合金具有毒性小、深鍍能力和均鍍能力好、結(jié)晶速率快、電流密度范圍寬、電流效率較高、可常溫操作等優(yōu)點。

目前，電沉積Fe-Ni-Cr合金鍍層主要有4種體系，分別是氯化物體系、硫酸鹽體系、氯化物一硫酸鹽混合體系以及DMF-水溶液體系^[5-8]。本文在氯化物一硫酸鹽混合體系下研究了電沉積工藝參數(shù)對合金鍍層中Cr的質(zhì)量分數(shù)的影響以及鍍層耐蝕性與鍍層中Cr的質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系。

1  實驗

1.1  實驗材料

陽極為鎳板，陰極為458鋼，試樣規(guī)格為30 mm×20 mm×3 mm。

1.2實驗儀器

WY2-8型直流穩(wěn)壓電源(額定電壓0～50 V，額定電流0～7.5 A)，C32-A型電流表，JB25-W型恒溫玻璃水浴槽，PHS-3C型精密pH計，電子恒速攪拌機。

1.3鍍液組成

鍍液組成：CrCl₃·6H₂0 120 g/L，ρ_Ni2+：P_Fe2+=0.02，NaBr 20 g/L，H₃B0₃ 40 g/L，檸檬酸35g/L，檸檬酸鈉30 g/L，潤濕劑、穩(wěn)定劑、光亮劑均適量。試劑均為分析純，用去離子水配制鍍液。

1.4測試方法

采用Hitachi S-570型掃描電子顯微鏡和Kratosxsam 800型電子能譜儀對鍍層成分、微觀組織形貌進行分析。

采用SHIMADZU公司生產(chǎn)的XRD-7000型X射線衍射儀分析鍍層組織結(jié)構(gòu)和鍍層腐蝕產(chǎn)物。主要參數(shù)為：衍射角2°，Cu靶，掃描范圍20°～80°，電壓40 kV，電流35 mA，掃描速率10°/mln。

采用Parstat 2273型電化學工作站，在質(zhì)量分數(shù)為3.5%的NaCl溶液中測定鍍層的極化曲線。采用三電極體系，其中工作電極為Fe-Ni-Cr合金鍍層，輔助電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極。

利用SY/Q-750型鹽霧腐蝕試驗箱，采用銅鹽加速乙鹽霧實驗檢測鍍層的耐蝕性。

2  結(jié)果與討論

2.1  工藝條件對鍍層的影響

2.1.1  電流密度的影響

Fe-Ni-Cr合金鍍層的厚度隨著電流密度的增大幾乎成正比例增大。這是由于隨著電流密度增大，Fe-Ni-Cr合金電沉積的反應速率加快所致；但當電流密度過大(>20 A/dm2)時，析氫副反應加劇，鍍層表面容易出現(xiàn)針孔和氣道，鍍層周邊高電流密度區(qū)更容易出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象，導致鍍層的質(zhì)量嚴重下降。

圖1為電流密度對鍍層中Cr的質(zhì)量分數(shù)的影響。