三價鉻體系Cr-Al2O3納米復合電沉積的研究.pdf

1、納米復合電沉積技術是近幾年來高速發(fā)展的一種新興的復合表面技術，在工程中已經(jīng)獲得了廣泛的應用。納米復合鍍過程的納米團聚已成為納米復合鍍技術發(fā)展的瓶頸。納米顆粒分散不佳的納米復合鍍層，其性能也得不到很大提高。因此，為了得到納米復合鍍層的最佳機械性能，顆粒的分散至關重要。三價鉻由于其毒性較低，只有六價鉻毒性的1％，污水處理簡單，符合社會對環(huán)境保護的要求。另外，三價鉻電鍍還具有結晶速度快，鍍液的分散能力與深鍍能力優(yōu)異，電沉積時不受電流中斷影響等

2、優(yōu)點，近幾年來越來越受到學者們的青睞。納米氧化鋁是一種具有高熔點、熱膨脹系數(shù)大、導熱系數(shù)小、耐磨性及耐腐蝕性能優(yōu)良的無機非金屬材料，已被廣泛應用于各種領域。本文將納米Al2O3粉末加入鍍液中，通過復合電沉積技術使納米Al2O3與鉻發(fā)生共沉積，生成性能良好的Cr-Al2O3復合鍍層。并系統(tǒng)地研究了納米Al2O3在水溶液和在鍍液中的分散的情況。探討了鍍液中各成分及工藝條件對Cr-Al2O3復合鍍層性能的影響。采用SEM、EDS及XRD分別測

3、定了鍍層的表面形貌、組成及組織結構，檢測了鍍層的結合力、耐蝕性和硬度等性能。最后采用循環(huán)伏安曲線，陰極極化曲線等電化學測試方法研究了Cr3+電沉積機理。研究結果如下：
　　 (1)在水溶液中，研究納米Al2O3顆粒的團聚現(xiàn)象，Al2O3顆粒的等電點在pH=9左右，加入分散劑檸檬酸銨后，等電點變化不大，但在酸性范圍內(nèi)有較高的Zeta電位，分散比較穩(wěn)定。同時，通過沉降實驗，超聲分散20分鐘，從不同類型的分散劑中選擇了分散效果較好的非

4、離子性表面活性劑檸檬酸銨，合適用量為2％，即檸檬酸銨的用量為納米Al2O3顆粒的2％，得到分散效果較好的溶液；將分散劑檸檬酸銨應用于鍍液中，仍具有一定的分散效果，但略差于在水溶液中的情況，同時比較了分散劑對鍍層表面形貌的影響，發(fā)現(xiàn)加入分散劑可以使納米Al2O3顆粒比較均勻的分散于整個鍍層中。
　　 (2)通過單因素探索試驗，研究了甲酸銨、輔助絡合劑、潤濕劑、分散劑、AlCl3·6H2O、納米Al2O3粉末、電流密度、pH、溫度、

5、攪拌速率、電沉積時間等對復合鍍層性能的影響。并用L9(34)正交實驗方法，確定了甲酸銨、輔助絡合劑、分散劑、AlCl3·6H2O對納米復合鍍層外觀、厚度以及納米氧化鋁的含量的影響，確定了最佳鍍液配方，結果表明：在一定工藝條件下，以甲酸銨18.9g/L，輔助絡合劑3.85g/L，分散劑質量分數(shù)2％，結晶氯化鋁12g/L所得的鍍層外觀光亮，厚度達到13.90μm。SEM和EDS檢測結果表明，鍍層表面光滑細致，納米Al2O3粒子均勻分散于鍍層

6、中，但不足的是有少許Al2O3粒子發(fā)生團聚。鍍層中主要含有Cr、O和Al三種元素，其中Al的平均原子比重為10.90％，納米Al2O3與Cr實現(xiàn)了共沉積。
　　 (3)采用SEM、XRD表征了鉻復合鍍層的表面形貌、成分、晶相組織結構等，結果表明：單金屬鉻鍍層裂紋明顯較多，且裂痕較粗較深；而鉻的復合鍍層中裂紋數(shù)目較少，且裂痕較細較淺。納米Al2O3粒子的沉積，能明顯地細化鍍層微晶結構。而且，XRD檢測表明所得Cr-Al2O3復合鍍

7、層為非晶態(tài)結構；結合力實驗表明Cr-Al2O3復合鍍層與銅基體結合力良好；硬度檢測表明，鍍層中納米Al2O3粒子的存在，可以使鍍層硬度達到1362.3HV；鍍層的交流阻抗實驗和塔菲兒實驗表明，納米Al2O3顆粒的加入使得Cr-Al2O3復合鍍層在中性、酸性及堿性介質中其耐蝕性均優(yōu)于純鉻鍍層。
　　 (4)循環(huán)伏安曲線表明隨著掃描速率的增加，峰電流增加，Cr3+放電的峰電位負移，且其電沉積過程均為不可逆過程。陰極極化曲線表明，Cr