DMH体系电镀Zn-Ni合金配位剂和添加剂理论筛选及工艺研究
发布时间：2023-04-29 18:37
Zn-Ni合金镀层以其优异的耐蚀性和良好的机械性能常作为钢铁基体表面的耐蚀性镀层,但目前采用的酸性体系Zn-Ni合金镀液分散能力较差,不适合于复杂零部件的电镀,而碱性锌酸盐体系镀液阴极电流效率较低,不利于工业化生产,所以开发一种具有较高阴极电流效率的碱性Zn-Ni合金镀液显得尤为重要。本文借助量子化学(QC)计算、分子动力学(MD)模拟与具体实验相结合的方法,对弱碱性Zn-Ni合金镀液辅助配位剂和添加剂进行了筛选,通过实验优化了镀液组成和工艺条件,并对所得Zn-Ni合金作为代Cd镀层的可行性进行了研究。在优化好的镀液中,研究了添加剂对镀层和镀液性能的影响。利用电化学测试技术研究了Zn-Ni合金电沉积行为。借助QC计算和MD模拟筛选了以5,5’-二甲基乙内酰脲(DMH)为主配位剂的弱碱性Zn-Ni合金镀液的辅助配位剂,最终选择具有较大ΔE值、在铁基体表面吸附能力较弱的焦磷酸作为辅助配位剂。通过QC计算得知,镀液中最稳定的配离子形式为1个焦磷酸分子和2个DMH分子与Zn2+或是Ni2+形成的螯合物结构。利用QC计算和MD模拟,在上述选定配位剂的镀...
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 电沉积Zn-Ni合金的发展概况
1.2.1 酸性Zn-Ni合金镀液
1.2.2 碱性Zn-Ni合金镀液
1.3 Zn-Ni合金镀层的耐蚀性和耐磨性
1.3.1 Zn-Ni合金镀层的耐蚀性
1.3.2 Zn-Ni合金镀层的耐磨性
1.4 Zn-Ni合金电沉积行为研究
1.4.1 Zn-Ni合金镀液电化学行为的研究
1.4.2 Zn-Ni合金镀液动力学参数的计算
1.5 计算化学在电沉积研究中的应用
1.5.1 QC计算在电沉积中的应用概况
1.5.2 MD模拟的应用概况
1.6 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及表征方法
2.1 实验材料及相关仪器
2.1.1 实验试剂及药品
2.1.2 主要相关仪器
2.2 QC计算和MD模拟
2.2.1 QC计算
2.2.2 MD模拟方法
2.3 实验方法
2.3.1 Zn-Ni合金镀液的配制
2.3.2 电镀Zn-Ni合金流程
2.4 测试方法
2.4.1 镀层性能测试
2.4.2 镀液性能测试
第3章 Zn-Ni合金镀液辅助配位剂和添加剂的理论筛选及其电镀工艺
3.1 辅助配位剂的理论筛选
3.1.1 配位剂分子的QC计算
3.1.2 配位剂分子的MD模拟
3.1.3 配位剂分子与金属离子的配位作用
3.1.4 配位剂分子对镀层形貌的影响
3.2 添加剂的理论筛选
3.2.1 添加剂分子的QC计算
3.2.2 添加剂分子的MD模拟
3.2.3 添加剂的实际应用
3.3 DMH体系电沉积Zn-Ni合金工艺研究
3.3.1 镀层Ni含量和镀液阴极电流效率
3.3.2 镀层相结构
3.3.3 镀层硬度
3.3.4 镀层耐蚀性
3.4 Zn-Ni合金与Zn以及Cd镀层性能对比
3.4.1 Zn-Ni合金、Zn和Cd镀层的微观形貌
3.4.2 Zn-Ni合金、Zn和Cd镀层相结构
3.4.3 Zn-Ni合金、Zn和Cd镀层的耐蚀性
3.5 本章小结
第4章 Zn-Ni合金镀液中添加剂的影响和作用
4.1 添加剂对镀层和镀液性能的影响
4.1.1 添加剂对镀层外观和微观形貌的影响
4.1.2 添加剂对镀层相结构的影响
4.1.3 添加剂对镀层Ni含量和镀液阴极电流效率的影响
4.1.4 添加剂对镀液阴极极化的影响
4.1.5 添加剂在Zn-Ni合金表面的吸附
4.2 添加剂对镀层耐蚀性的影响
4.2.1 添加剂对腐蚀前后镀层相结构的影响
4.2.2 添加剂对腐蚀后镀层微观形貌和接触角的影响
4.2.3 添加剂对Zn-Ni合金腐蚀产物组成的影响
4.2.4 添加剂对镀层电化学腐蚀测试的影响
4.3 添加剂对镀层耐磨性的影响
4.3.1 添加剂对镀层摩擦系数的影响
4.3.2 添加剂对镀层磨损轮廓和磨损率的影响
4.3.3 添加剂对镀层摩擦轨迹微观形貌的影响
4.3.4 添加剂对磨损后镀层表面状态的影响
4.3.5 添加剂对磨损后镀层硬度的影响
4.4 本章小结
第5章 DMH体系Zn-Ni合金镀液电化学行为研究
5.1 配位剂对Zn-Ni合金镀液电沉积行为的影响
5.1.1 单一DMH作配位剂的镀液
5.1.2 DMH和Na4P2O7·10H2O为复合配位剂的镀液
5.1.3 镀液Ni2+/Zn2+值和温度对CV曲线的影响
5.1.4 Zn-Ni合金电沉积速度控制步骤和传递系数以及扩散系数
5.1.5 Zn-Ni合金共沉积机理
5.1.6 镀液稳定性
5.2 添加剂对Zn-Ni合金镀液电化学行为的影响
5.2.1 添加剂对阴极极化的影响
5.2.2 添加剂对速度控制步骤的影响
5.2.3 添加剂对Zn-Ni合金成核过程的影响
5.3 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3805524
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 电沉积Zn-Ni合金的发展概况
1.2.1 酸性Zn-Ni合金镀液
1.2.2 碱性Zn-Ni合金镀液
1.3 Zn-Ni合金镀层的耐蚀性和耐磨性
1.3.1 Zn-Ni合金镀层的耐蚀性
1.3.2 Zn-Ni合金镀层的耐磨性
1.4 Zn-Ni合金电沉积行为研究
1.4.1 Zn-Ni合金镀液电化学行为的研究
1.4.2 Zn-Ni合金镀液动力学参数的计算
1.5 计算化学在电沉积研究中的应用
1.5.1 QC计算在电沉积中的应用概况
1.5.2 MD模拟的应用概况
1.6 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及表征方法
2.1 实验材料及相关仪器
2.1.1 实验试剂及药品
2.1.2 主要相关仪器
2.2 QC计算和MD模拟
2.2.1 QC计算
2.2.2 MD模拟方法
2.3 实验方法
2.3.1 Zn-Ni合金镀液的配制
2.3.2 电镀Zn-Ni合金流程
2.4 测试方法
2.4.1 镀层性能测试
2.4.2 镀液性能测试
第3章 Zn-Ni合金镀液辅助配位剂和添加剂的理论筛选及其电镀工艺
3.1 辅助配位剂的理论筛选
3.1.1 配位剂分子的QC计算
3.1.2 配位剂分子的MD模拟
3.1.3 配位剂分子与金属离子的配位作用
3.1.4 配位剂分子对镀层形貌的影响
3.2 添加剂的理论筛选
3.2.1 添加剂分子的QC计算
3.2.2 添加剂分子的MD模拟
3.2.3 添加剂的实际应用
3.3 DMH体系电沉积Zn-Ni合金工艺研究
3.3.1 镀层Ni含量和镀液阴极电流效率
3.3.2 镀层相结构
3.3.3 镀层硬度
3.3.4 镀层耐蚀性
3.4 Zn-Ni合金与Zn以及Cd镀层性能对比
3.4.1 Zn-Ni合金、Zn和Cd镀层的微观形貌
3.4.2 Zn-Ni合金、Zn和Cd镀层相结构
3.4.3 Zn-Ni合金、Zn和Cd镀层的耐蚀性
3.5 本章小结
第4章 Zn-Ni合金镀液中添加剂的影响和作用
4.1 添加剂对镀层和镀液性能的影响
4.1.1 添加剂对镀层外观和微观形貌的影响
4.1.2 添加剂对镀层相结构的影响
4.1.3 添加剂对镀层Ni含量和镀液阴极电流效率的影响
4.1.4 添加剂对镀液阴极极化的影响
4.1.5 添加剂在Zn-Ni合金表面的吸附
4.2 添加剂对镀层耐蚀性的影响
4.2.1 添加剂对腐蚀前后镀层相结构的影响
4.2.2 添加剂对腐蚀后镀层微观形貌和接触角的影响
4.2.3 添加剂对Zn-Ni合金腐蚀产物组成的影响
4.2.4 添加剂对镀层电化学腐蚀测试的影响
4.3 添加剂对镀层耐磨性的影响
4.3.1 添加剂对镀层摩擦系数的影响
4.3.2 添加剂对镀层磨损轮廓和磨损率的影响
4.3.3 添加剂对镀层摩擦轨迹微观形貌的影响
4.3.4 添加剂对磨损后镀层表面状态的影响
4.3.5 添加剂对磨损后镀层硬度的影响
4.4 本章小结
第5章 DMH体系Zn-Ni合金镀液电化学行为研究
5.1 配位剂对Zn-Ni合金镀液电沉积行为的影响
5.1.1 单一DMH作配位剂的镀液
5.1.2 DMH和Na4P2O7·10H2O为复合配位剂的镀液
5.1.3 镀液Ni2+/Zn2+值和温度对CV曲线的影响
5.1.4 Zn-Ni合金电沉积速度控制步骤和传递系数以及扩散系数
5.1.5 Zn-Ni合金共沉积机理
5.1.6 镀液稳定性
5.2 添加剂对Zn-Ni合金镀液电化学行为的影响
5.2.1 添加剂对阴极极化的影响
5.2.2 添加剂对速度控制步骤的影响
5.2.3 添加剂对Zn-Ni合金成核过程的影响
5.3 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3805524
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