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(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)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(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)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(hù)膜層。在此實(shí)驗(yàn)中選用電流-3mA進(jìn)行沉積，X射線圖譜（XRD）中顯示我們成功的制備了鎳的保護(hù)膜。通過掃描電鏡圖片（SEM）觀察在pH=4時(shí)的鎳涂層顆粒最為致密，通過對(duì)銅基體和三個(gè)pH下的電化學(xué)測(cè)試中，沉積的膜層起到了很好的保護(hù)作用。對(duì)比分析pH=4下的鎳膜顯示了較好的抗蝕性，保護(hù)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(dǎo)電和機(jī)械性能在工業(yè)材料中多有應(yīng)用[1]，在空氣及一般溫和的環(huán)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(fù)雜環(huán)境中銅的耐蝕性受到了很大的挑戰(zhàn)[2]，銅基體會(huì)受到不同程度地?fù)p壞，因此使得工業(yè)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(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)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(yīng)用[3]。但是鎳為貴金屬元素，應(yīng)用傳統(tǒng)的方法制備造成成本的增加。電沉積是最近幾年發(fā)展起來(lái)的沉積方法，其設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，清潔無(wú)污染受到人們的廣泛關(guān)注[4-5]。而恒電流沉積技術(shù)是電沉積方法中的一種，由于電子轉(zhuǎn)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(jié)合性好而成為本文章的首選方法。

本文應(yīng)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(duì)沉積膜層抗蝕性能的影響。該實(shí)驗(yàn)所使用的方法及所得到的結(jié)論對(duì)研究銅基體的抗蝕性有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)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(jī)上拋光，待拋光到銅片無(wú)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?dú)獯蹈蓚溆谩?/p>

電解質(zhì)組成為NiSO4·6H2O（0.4750M），NiCl.6H2O（0.085M），H3BO3（0.325M），硼酸來(lái)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(duì)電極，在50℃不同pH下沉積。

1.2 表征方法

采用德國(guó)布魯克公司的D8型X射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)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(xué)電化學(xué)阻抗采用3.5wt%NaCl溶液模擬海水中進(jìn)行。測(cè)試在Autolab Pgstat302N電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，在三電極體系中工作電極為沉積的鎳電極，對(duì)電極為鉑電極，參比電極為甘汞電極。

2 結(jié)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?jī)山M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(biāo)準(zhǔn)四個(gè)晶面的衍射峰，尤其在（111）和（200）晶面的兩個(gè)鎳的衍射峰占據(jù)了主導(dǎo)地位。

圖1pH=4下的XRD圖譜

2.2 SEM測(cè)試

圖2 三個(gè)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(duì)比三個(gè)pH可以看出當(dāng)pH=4時(shí)的表面最致密，顆粒也是最小的。

2.3 電化學(xué)測(cè)試

圖3 三個(gè)pH下沉積的鎳膜層在3.5wt%NaCl溶液中的電化學(xué)阻抗測(cè)試

電化學(xué)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(gè)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(gè)頻率掃描中pH=4下緊緊展示了一個(gè)容抗弧，反應(yīng)過程僅表現(xiàn)為一個(gè)腐蝕反應(yīng)，其他兩個(gè)pH下展示了兩個(gè)不同的反應(yīng)，在低頻區(qū)形成了擴(kuò)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(qū)，阻抗數(shù)值為基體裸銅的5倍左右。對(duì)比三個(gè)不同的pH，很明顯當(dāng)pH=4時(shí)的效果最佳。我們知道在沉積過程中當(dāng)極化較大，氫氣的析出是無(wú)可避免的。在pH=3下的極化作用是最強(qiáng)的，此時(shí)氫氣的析出可能是最厲害的，從而導(dǎo)致膜層的致密性相對(duì)減弱，性能下降。而pH=5時(shí)的效果并沒有一直提高，由此可知在反應(yīng)中需要?dú)潆x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(shí)是此試驗(yàn)中的最佳條件。

3 結(jié)論

本文利用恒電流沉積在不同pH下制備了鎳保護(hù)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(gè)pH值下的形貌相似，當(dāng)pH=4時(shí)最為致密。電化學(xué)測(cè)試可知，在pH=4下的膜層展示了最佳的抗蝕性能。

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［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?yàn)樯婧２牧稀?/p>

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