組份調(diào)制鋅基多層膜的制備及其腐蝕行為研究.pdf

1、近年來，一種稱之為組分調(diào)制多層膜的新型材料逐步成為人們研究的熱點(diǎn)。組分調(diào)制多層膜是一類由兩種金屬或合金子層交替疊加而形成的多層結(jié)構(gòu)材料。有研究結(jié)果表明，多層膜材料具有特殊的機(jī)械、力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和電化學(xué)性能。為了研制具有更好性能的新型防腐材料，已有人開始研究組分調(diào)制多層膜的耐腐蝕性能。初步研究結(jié)果表明，組分調(diào)制鋅基多層膜材料具有更好的耐蝕性能。但是到目前為止，很少有人從機(jī)理上就組分調(diào)制多層膜耐蝕性能提高的原因給出合理的解釋；組分調(diào)制合

2、金多層膜的簡易制備方法及其耐蝕行為的研究工作尚未廣泛開展。因此，開展組分調(diào)制鋅基多層膜的制備方法及其腐蝕行為研究，初步提出組分調(diào)制多層膜的耐蝕機(jī)理，從本質(zhì)上揭示多層膜具有更高耐蝕性的本質(zhì)，對探索組分調(diào)制鋅基多層膜的結(jié)構(gòu)與性能、制備新型耐蝕材料具有十分重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文在全面分析、歸納、總結(jié)國內(nèi)外組分調(diào)制多層膜制備方法及性能研究的基礎(chǔ)上，從以下幾個(gè)方面對組分調(diào)制鋅基多層膜的制備方法及腐蝕行為進(jìn)行了研究。 1)采用雙槽

3、法從改進(jìn)后的鍍鋅液和最新研制成功的近中性鍍鎳液中電沉積出了子層完整、界面清晰的組分調(diào)制Zn、Ni多層膜，并對多層膜的微觀形貌、耐蝕行為進(jìn)行了全面的研究。為了克服用氨基磺酸鎳鍍液電沉積鎳子層過程中存在的問題，在制備組分調(diào)制Zn、Ni多層膜的過程中，本文提出了一種新型近中性鍍鎳溶液并對其電沉積特性進(jìn)行了考察。研究發(fā)現(xiàn)，鍍鎳液性能的好壞、鍍鎳層內(nèi)應(yīng)力的大小是決定多層膜性能高低的關(guān)鍵因素。使用含有鎳離子絡(luò)合劑的近中性鍍鎳溶液有利于抑制電沉積鎳子

4、層時(shí)置換反應(yīng)的發(fā)生，降低鎳子層的內(nèi)應(yīng)力，從而可以制備出子層完整、界面清晰的多層膜。與相同厚度的純鋅、純鎳鍍層相比，組分調(diào)制Zn、Ni多層膜具有更好的耐蝕性。當(dāng)子層厚度為最佳厚度時(shí)，組分調(diào)制Zn、Ni多層膜具有最好的耐蝕性。在子層厚度相同的情況下，Ni/Zn系列多層膜比Zn/Ni系列多層膜具有更好的耐蝕性。多層膜腐蝕行為研究結(jié)果表明，鋅子層的犧牲陽極保護(hù)作用，鎳子層的機(jī)械隔離作用是組分調(diào)制Zn、Ni多層膜具有更好耐蝕性的根本原因。

5、 2)采用雙槽法從改進(jìn)后的鍍鋅液、優(yōu)選出的Zn-Ni合金鍍液中電沉積出了組分調(diào)制Zn、Zn-Ni合金多層膜，用現(xiàn)代表征方法研究了Zn、Zn-Ni合金多層膜微觀形貌變化的規(guī)律及其耐蝕性提高的機(jī)理。在雙槽法制備組分調(diào)制Zn、Zn-Ni合金多層膜及其耐蝕行為的過程中，首先對硫酸鹽型Zn-Ni合金鍍液的組成及工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，通過分析、歸納鍍液組成、工藝參數(shù)對Zn-Ni合金鍍層成份、微觀形貌影響的規(guī)律，提出一種適用于制備組分調(diào)制Zn、Zn-N

6、i合金多層膜的Zn-Ni合金鍍液配方。采用該配方電沉積出的組分調(diào)制Zn、Zn-Ni合金多層膜具有子層連續(xù)、界面分明等特點(diǎn)。Zn、Zn-Ni合金多層膜的結(jié)構(gòu)特征及其對多層膜耐蝕性能影響的規(guī)律與組分調(diào)制Zn、Ni多層膜相似。微觀形貌表征結(jié)果表明，多層膜中Zn子層的存在有利于降低Zn-Ni合金子層的內(nèi)應(yīng)力，減少Zn-Ni合金子層中的微裂紋數(shù)，從而提高Zn-Ni合金子層對基體金屬的保護(hù)作用。通過研究腐蝕后Zn、Zn-Ni合金多層膜微觀形貌變化的

7、規(guī)律發(fā)現(xiàn)，Zn-Ni/Zn系列多層膜比Zn/Zn-Ni合金系列多層膜具有更高耐蝕性的主要原因可能與Zn-Ni/Zn系列多層膜腐蝕過程中，在基體表面上殘存有對基體起保護(hù)作用的Zn-Ni合金子層有關(guān)。 3)利用含有逆向脈沖的脈沖電鍍方法改變了Zn-Co合金直流電鍍時(shí)固有的異常共沉積特性，實(shí)現(xiàn)了用脈沖參數(shù)控制法從單一槽液中電沉積子層成份任意可調(diào)的組分調(diào)制Zn-Co合金多層膜。用直流電沉積方法研究鍍液組成、工藝條件對Zn-Co合金鍍液電

8、沉積特性影響的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然Zn-Co合金鍍液的組成、pH值、陰極電流密度、溫度等均對Zn-Co合金鍍層的成份、形貌產(chǎn)生一定程度的影響，但無法改變Zn-Co合金電沉積過程中的異常共沉積的特性，不可能用直流電沉積的方法獲得含鈷量較高的Zn-Co合金鍍層。當(dāng)采用含有逆向脈沖的脈沖電鍍方法電沉積Zn-Co合金時(shí)，可以改變Zn-Co合金的異常共沉積特性。深入研究表明，所有脈沖參數(shù)均對Zn-Co合金鍍層的組成、性能產(chǎn)生影響，其中逆向脈沖系數(shù)、平

9、均電流密度對Zn-Co合金鍍層的組成、形貌等影響最大，僅僅通過改變逆向脈沖系數(shù)、平均電流密度的值，就可以使zn-Co合金鍍層中的含鈷量在10～90wt％的范圍內(nèi)發(fā)生變化。逆向脈沖的引入不僅改變了Zn-Co合金的異常共沉積特性，也對降低鍍層應(yīng)力、細(xì)化晶粒、制備高質(zhì)量的Zn-Co合金鍍層有積極作用?；诿}沖參數(shù)對Zn-Co合金鍍層組成、性能影響規(guī)律研究的結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)輔助電流波形設(shè)計(jì)技術(shù)，成功地制備了子層成份任意可調(diào)的組分調(diào)制Zn-Co合