銅表面恒電流制備鎳涂層及抗蝕性能研究

趙莎莎 曹懷杰 蔡宇辰 盛 佳

(中國海洋大學材料科學與工程研究院，山東青島266100)

銅表面恒電流制備鎳涂層及抗蝕性能研究

趙莎莎 曹懷杰 蔡宇辰 盛 佳

(中國海洋大學材料科學與工程研究院，山東青島266100)

通過恒電流沉積的方法在銅基體上成功的制備了鎳的保護膜層。在此實驗中選用電流-3mA進行沉積，X射線圖譜（XRD）中顯示我們成功的制備了鎳的保護膜。通過掃描電鏡圖片（SEM）觀察在pH=4時的鎳涂層顆粒最為致密，通過對銅基體和三個pH下的電化學測試中，沉積的膜層起到了很好的保護作用。對比分析pH=4下的鎳膜顯示了較好的抗蝕性，保護效果最佳。

恒電流沉積；鎳涂層；抗蝕性能

0 引言

銅作為常用金屬材料，因良好的導電和機械性能在工業材料中多有應用[1]，在空氣及一般溫和的環境中銅具有較好的耐蝕性。但是在海水這種富含氯離子及溫度流速等多因素影響的復雜環境中銅的耐蝕性受到了很大的挑戰[2]，銅基體會受到不同程度地損壞，因此使得工業成本增加，甚至由于材料的失修造成極大的安全隱患。

鎳屬于耐腐蝕的金屬，具有很正的自腐蝕電位，在海洋工程領域也有廣泛的應用。像海水淡化的冷凝管、熱交換器等器件中都可以看到鎳的應用[3]。但是鎳為貴金屬元素，應用傳統的方法制備造成成本的增加。電沉積是最近幾年發展起來的沉積方法，其設備簡單，成本低，清潔無污染受到人們的廣泛關注[4-5]。而恒電流沉積技術是電沉積方法中的一種，由于電子轉移速率一致，成核速率不變，因此通過恒電流沉積制備的膜層致密均勻，與金屬基體的結合性好而成為本文章的首選方法。

本文應用恒電流沉積的方法，在銅基體表面沉積鎳層，研究了不同pH對沉積膜層抗蝕性能的影響。該實驗所使用的方法及所得到的結論對研究銅基體的抗蝕性有一定的指導意義。

1 實驗

1.1 實驗方法

取成品銅片，分別用400、800、1000和2000的沙磨紙打磨，然后放到拋光機上拋光，待拋光到銅片無明顯劃痕，表面光亮為止。將銅片先后放于丙酮乙醇蒸餾水中各自清洗5分鐘，除用氮氣吹干備用。

電解質組成為NiSO4·6H2O（0.4750M），NiCl.6H2O（0.085M），H3BO3（0.325M），硼酸來緩沖pH，所有的試劑均為分析純。在沉積中我們選擇三電極體系。銅基體電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對電極，在50℃不同pH下沉積。

1.2 表征方法

采用德國布魯克公司的D8型X射線衍射儀對樣品進行物相分析，掃描范圍10°～90°；形貌采用JSM-6700F掃描電鏡分析。電化學電化學阻抗采用3.5wt%NaCl溶液模擬海水中進行。測試在Autolab Pgstat302N電化學工作站上進行的，在三電極體系中工作電極為沉積的鎳電極，對電極為鉑電極，參比電極為甘汞電極。

2 結果和討論

2.1 XRD分析

如圖1所示為-3mA下沉積的膜層的XRD圖譜。從圖中可以看出兩種不同的衍射峰，每兩組相鄰的衍射峰中排在之前的為銅的衍射峰，排在之后的為鎳的衍射峰。在圖譜中分別可以看到鎳的標準四個晶面的衍射峰，尤其在（111）和（200）晶面的兩個鎳的衍射峰占據了主導地位。

圖1pH=4下的XRD圖譜

2.2 SEM測試

圖2 三個不同pH下的掃描圖：a.pH=3；b.pH=4；c.pH=5

圖中展示的是pH=3/4/5下的沉積膜的掃描圖片。在圖a中看到pH=3下的沉積膜層的表面形貌似魚鱗片狀，顆粒尺寸較大，顆粒之間的致密程度不是很高。在pH=4和pH=5下的膜層表面形貌相似為致密的顆粒，表面似像是錐型的尖頭露出。對比三個pH可以看出當pH=4時的表面最致密，顆粒也是最小的。

2.3 電化學測試

圖3 三個pH下沉積的鎳膜層在3.5wt%NaCl溶液中的電化學阻抗測試

電化學阻抗研究如圖3所示。（a）、（b）圖分別表示不同pH下的nyquist、bode圖。從nyquist圖中可以看到三個沉積條件下曲線的形狀是相似的，沉積的鎳膜的電容半徑明顯增大，在整個頻率掃描中pH=4下緊緊展示了一個容抗弧，反應過程僅表現為一個腐蝕反應，其他兩個pH下展示了兩個不同的反應，在低頻區形成了擴散阻抗，抗蝕性能較低。在bode圖中修飾的鎳膜的阻抗值有了明顯的提升，在高頻區，阻抗數值為基體裸銅的5倍左右。對比三個不同的pH，很明顯當pH=4時的效果最佳。我們知道在沉積過程中當極化較大，氫氣的析出是無可避免的。在pH=3下的極化作用是最強的，此時氫氣的析出可能是最厲害的，從而導致膜層的致密性相對減弱，性能下降。而pH=5時的效果并沒有一直提高，由此可知在反應中需要氫離子的參與，并且濃度要適中。通過形貌和性能表征可得到pH=4時是此試驗中的最佳條件。

3 結論

本文利用恒電流沉積在不同pH下制備了鎳保護涂層。XRD顯示在電流值為-3mA下沉積鎳成功析出。掃描電鏡下分析三個pH值下的形貌相似，當pH=4時最為致密。電化學測試可知，在pH=4下的膜層展示了最佳的抗蝕性能。

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［2］羅正貴,聞荻江.銅的腐蝕與防護研究進展[J].武漢化工學院學報,2005,27(2)：18-21

［3］劉伯東.海水淡化設備的腐蝕和防腐措施[J].材料防護,2005(04)：206-216

［4］I.Baskaran,T.S.N.Sankara Narayanan,A.Stephen,Pulsed electrodeposition of nanocrystalline Cu-Ni alloy films and evaluation of their characteristic properties [J].Mater.Lett,2006,60(16)：1990-1995

［5］S.K.Ghosh,A.K.Grover,G.K.Dey,M.K.Totlani,Nanocrystalline Ni-Cu alloy plating by pulse electrolysis[J].Surf.Coat.Technol,2000,126(1)：48-63

The Preparation and Anti-corrosion investigation of Ni Coating by Galvanostatic Deposition

ZHAO Sha－shaCAO Huai－jieCAI Yu－chen SHENG Jia
(Institute of Materials Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao Shandong 266100,China)

Nickel(Ni)coating based pure copper was prepared by galvanostatic deposition.In this paper,the deposition current-3mA was adopted to electrodeposition,and the formation of Ni coating were proved by X-ray diffraction analysis(XRD).Scanning electron microscopy(SEM) images show that the pH=4 is the best deposition condition,which the best compactness of Ni coating was obtained.Further combined the electrochemical tests,it can be concluded that pH=4 was the best anti-corrosion deposition condition.

Galvanostatic depositon；Ni coating；Anti-corrosion property

趙莎莎（1989.01—），女 ，漢族，山東青島人，碩士，研究方向為涉海材料。

鄧麗麗］