【摘要】：本研究针对低碳钢质软、易腐蚀等特点,在其表面电沉积制备Ni-Mo基合金镀层,并对所制备镀层性能进行了研究。主要工作包括以下四个方面:(1)采用单因素方法分别研究镀液中钼酸钠添加量、pH值以及电沉积温度和电流密度四个因素对Ni-Mo合金镀层的结构、形貌、显微硬度、粗糙度、腐蚀电化学性能的影响,并采用微区电化学测试系统SVET初步研究了Ni-Mo镀层在不同浓度NaCl溶液中的电化学特性,最后采用响应面法优化电沉积工艺;(2)研究Ni-Mo合金镀层表面的钝化性能,利用电化学基本原理、半导体理论以及点缺陷模型研究影响镀层钝化性能的因素;(3)在二元合金的基础上,制备Ni-Cu-Mo三元合金镀层,分析主盐离子浓度对镀层性能的影响;(4)制备Ni-Mo-X(GO、nano SiO_2、nano Al_2O_3)复合镀层,通过添加纳米级颗粒增强镀层性能,开发性能优异的新型Ni-Mo基合金镀层。得到主要结论如下:研究钼酸钠添加量和电沉积工艺对Ni-Mo合金镀层的影响,结果表明:Ni-Mo共沉积过程中,Mo在Ni-Mo合金中以置换固溶体形式沉积在基体表面,镀层结构随着Mo含量的增加晶粒尺寸减小,并逐渐转变为纳米晶结构。电化学研究结果表明镀液中钼酸钠添加量为40 g/L所沉积的Ni-Mo合金镀层在所有镀层中耐蚀性最好;电沉积过程中必须选择合适的电沉积温度和电流密度,pH值过低过高都不利于金属络和离子的稳定,影响Ni、Mo离子共沉积过程,降低电流效率,pH值为9的时候获得镀层晶粒最细小,镀层中Mo含量最大,镀层耐蚀性能最好;腐蚀电化学测试结果表明Ni-Mo二元合金镀层的耐蚀性能比纯Ni镀层更强,能更好地保护碳钢基体;SVET测试结果表明镀层在含Cl-溶液中以局部腐蚀和点蚀为主,随着浸泡时间的增强,镀层的耐蚀性能下降;采用响应面法优化Ni-Mo电沉积工艺条件(钼酸钠加入量,pH值,电沉积温度,电流密度),利用Design Expert8.0软件进行多元回归分析,得到响应变量与响应值(腐蚀电流密度icorr)之间的关系,拟合分析得到Ni-Mo合金电沉积的最佳工艺条件。对Ni-Mo合金表面钝化性能的研究表明,与纯Ni镀层相比,Ni-Mo合金镀层在硼酸缓冲溶液钝化性能更优,M-S曲线分析得出,纯Ni和Ni-Mo合金表面形成的钝化膜均为p型半导体,膜内载流子主要是空穴。合金镀层的载流子密度均小于纯Ni镀层,载流子密度均在1019/cm3这个数量级范围内,根据缺陷模型推导出纯Ni和Ni-Mo合金层样品表面钝化膜内点缺陷的扩散系数,结果表明各个样品的点缺陷扩散系数D0差异不大,均在在10-14 cm2/s左右。对Ni-Cu-Mo三元合金的研究表明,制备的Ni-Cu合金镀层表面较为平整致密,而Ni-Cu-Mo三元合金镀层则呈现结节状的形态,表面粗糙度增大;Ni-Cu-Mo三元合金镀层由NiCu和γ-Ni两种相结构组成,随着镀液中Na_2MoO_4·2H_2O浓度增大,NiCu减弱而γ-Ni相增强;镀层中的Mo含量增大而Cu、Ni含量降低;Ni-Cu-Mo三元合金镀层比Ni-Cu镀层具有更加优异的耐蚀性;镀液中Na_2MoO_4·2H_2O添加量为40 g/L时所沉积的Ni-Cu-Mo镀层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能最为优异(腐蚀电流密度最低,阻抗值最大)。在电镀液中添加GO、nano SiO_2、nano Al_2O_3制备Ni-Mo-X复合镀层。对于Ni-Mo-GO纳米复合镀层,首先通过两步法成功制备出纯度较高的纳米氧化石墨烯颗粒,并将其均匀分散至电镀液中。采用电沉积方法在低碳钢表面制备出Ni-Mo-GO纳米复合镀层,GO纳米片能够较均匀地分布在镀层中,随着GO添加量的增加,复合镀层晶粒尺寸逐渐减小,当GO添加量超出0.2 g/L的时候,复合镀层开始出现非晶的衍射特征。由于GO表面丰富的官能基团且具有二维片状结构的物理吸附效应,也使得制得的复合镀层硬度和耐蚀性能都得到了提高。对于Ni-Mo-nanoSiO_2/Al_2O_3,由于纳米颗粒具有高活性表面,加入镀液中可以为金属析出提供更多的形核中心,细化晶粒,提高了镀层的显微硬度。纳米SiO_2添加量为9 g/L的时候,复合镀层的显微硬度最大(803 HV),纳米Al_2O_3添加量为6g/L的时候,复合镀层的显微硬度最大(867 HV);随着粉体添加量的增加,复合镀层的粗糙度均逐渐增大;添加纳米粉体后,镀层的耐蚀性能均得到提高,纳米SiO_2添加量为9 g/L的时候获得复合镀层在3.5%NaCl溶液中腐蚀电流密度最小,纳米Al_2O_3添加量为6 g/L的时候腐蚀电流密度最小。与Ni-Mo-SiO_2复合镀层相比,Ni-Mo-Al_2O_3纳米复合镀层的硬度值更大,耐蚀性更强(腐蚀电流密度更小和电化学阻抗更大),对低碳钢基体的保护作用最强。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4
【参考文献】
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