三價鉻水溶液中Al-,2-O-,3--Cr復合電沉積方法的研究.pdf

1、高性能復合材料是社會發(fā)展的必然要求，伴隨著復合鍍技術及納米材料科學的發(fā)展，人們日益意識到納米復合鍍層性能的優(yōu)越性，如特殊的磁性、光學、力學、電學等電化學催化性能及機械性能。將不溶性固體微粒應用到鉻電沉積中，理論上必能提高其復合鍍層的電化學性能和機械性能。三價鉻由于其毒性較低，只有六價鉻毒性的1％，且污水處理簡單，電流效率比六價鉻的要高，結晶速度快，鍍液的分散能力與深鍍能力均比六價鉻電鍍優(yōu)異，可在常溫操作，不需加熱設備，節(jié)約能源；電沉積時

2、不受電流中斷影響等優(yōu)點，近幾年來越來越受到學者們的青睞。符合社會對環(huán)境保護的要求。因此，本文采用直流電流進行α-Al2O3粒子與三價鉻的共沉積，運用了復合電沉積方法制備出了Al2O3/Cr復合鍍層，系統(tǒng)地研究了三價鉻鍍液的組成、α-Al2O3在水溶液、鍍液中的分散及Al2O3/Cr復合電沉積工藝對鍍層性能的影響。用X--射線衍射儀（XRD）、SEM研究了鍍層的成分、結構和表面形貌，并對Al2O3/Cr復合鍍層進行耐蝕性、空隙率、結合力等

3、性能的測試。具體研究工作如下： （1）采用單因素試驗方法，就主鹽Cr3+、絡合劑甘氨酸、氯化鋁、添加劑等鍍液組成對鍍層性能影響進行了分析，并用L9（34）正交實驗進行優(yōu)化，得到了最佳的三價鉻鍍液配方：即氯化鉻0.7mol/L、甘氨酸0.6mol/L、氯化鋁0.6mol/L、添加劑0.2g/L。 （2）選擇了合適的分散劑十六烷基溴化銨、檸檬酸三銨及其復配劑（2：1），結合球磨機球磨，研究了α-Al2O3在水溶液、鍍液中的分

4、散。在清水溶液中，分散劑的加入能降低顆粒在清水中的粒徑，通過進一步調節(jié)pH值，α-Al2O3能更好的分散在水溶液中；在鍍液中，發(fā)現以陽離子型和非離子型組成的復配分散劑分散效果較好，用量為0.7％時，分散效果最佳，吸光度達0.5A及懸浮量150ml左右；通過球磨機球磨3h后，顆粒在鍍液中的粒徑進一步細化，吸光度及顆粒懸浮量有所提高，分別為0.55A和165ml。 （3）通過單因素探索試驗，研究了絡合比、檸檬酸銨、硼酸、氯化銨、α-

5、Al2O3、電流密度、溫度、攪拌速率、時間、pH等對復合鍍層性能的影響，并確定了影響Al2O3/Cr復合電沉積的主控因素，設計出L18（37）正交實驗方案，優(yōu)化得到了制備Al2O3/Cr復合鍍層的最佳工藝參數：即絡合比0.7：0.7（mol/L）、pH=2、攪拌速率210r/min、電流密度15A/d㎡、沉積時間15min、溫度10℃、α-Al2O36g/L。在此工藝條件下，能沉積出致密、光亮、平整、鍍層厚度達5.1μm左右的Al2O3

6、/Cr復合鍍層。 （4）采用SEM、XRD表征了鉻鍍層的表面形貌、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目較少，且裂痕較細較淺。Al2O3粒子的沉積，能明顯地細化鍍層微晶結構；XRD晶相結構表明，單金屬鉻鍍層及復合鍍層的晶型結構未發(fā)生明顯改變，是典型的晶態(tài)結構。通過測試鍍層孔隙率、結合力、耐蝕性等發(fā)現：鍍層結合良好，鉻復合鍍層比單金屬鉻層要更加致密，鍍層的孔隙率要較少，耐