Materials Studio計算金屬表面能及在電鍍中的應用.pdf

1、在電子、機械、航空航天等領(lǐng)域，通常需要對化學活性相對較高的金屬表面進行改性，通過電鍍方法在這些活性金屬表面構(gòu)建化學惰性較高且具有一定功能性質(zhì)的鍍層是表面改性常使用的一種方法。對于不同金屬表面改性，所選擇的改性金屬鍍層的依據(jù)是常常困擾研究人員的難題。Materials Studio軟件是基于第一性原理，在分子/原子尺度研究不同類型材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，已廣泛應用于材料、化學、凝聚態(tài)物理、生物和制藥等領(lǐng)域。
　　在本論文中，采用Mater

2、ials Studio軟件對Au、Cu、Ni和Fe晶體進行體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對這些晶體的不同晶面切割，并進一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算不同晶面的表面能。同時，基于第一性原理，設(shè)置相應的表面弛豫層，計算了各晶面的電子態(tài)密度。計算結(jié)果表明，Au、Cu和Ni在（111）晶面表面能最低，而Fe則在（211）晶面表面能最低。通過比較這四種金屬的表面能，發(fā)現(xiàn)Au、Cu、Ni和Fe的表面能依次升高，說明這四種穩(wěn)定性依次降低。通過計算證實，在Cu表面電鍍Au鍍層、在F

3、e表面電鍍Ni鍍層均能提高相應鍍件的化學穩(wěn)定性。
　　在電鍍工藝方面，本論文詳細研究了一種新的無氰鍍金工藝。首先制備了一種無氰水溶性金（I）鹽，通過不同的測試方法和表征手段，獲得了這種新物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為復合絡(luò)合結(jié)構(gòu)，在水溶液體系具體很高的穩(wěn)定性。研究了應用該水溶性金鹽的無氰電鍍工藝，測試了鍍液和鍍層性能，通過與傳統(tǒng)的氰化物鍍金體系對比，在鍍液穩(wěn)定性和電流密度范圍、鍍層質(zhì)量方面均具有相同或相近的性能。研究了在Fe表面的鍍鎳的工藝

4、過程，并對鍍層結(jié)構(gòu)和性能進行了測試。
　　通過對銅表面電鍍金前后鍍件的硝酸蒸汽試驗發(fā)現(xiàn)，電鍍前銅基底存在嚴重腐蝕現(xiàn)象，而電鍍金后則完全沒有腐蝕發(fā)生，說明通過金鍍層的表面改性后鍍件的化學穩(wěn)定性得到了提高。通過Materials Studio計算結(jié)果表明，金和銅的最低能量晶面（111）面的表面能分別為0.790和1.367J/m2，從微觀上說明了硝酸蒸汽試驗結(jié)果的依據(jù)。
　　通過對鐵表面電鍍鎳前后鍍件的鹽霧試驗，發(fā)現(xiàn)電鍍前鐵基底