不锈钢表面耐蚀性Pd-Ni膜层制备及其耐蚀机理研究

发布时间：2017-09-11 11:31

  本文关键词：不锈钢表面耐蚀性Pd-Ni膜层制备及其耐蚀机理研究

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【摘要】：不锈钢表面有一层致密的耐蚀性钝化膜,在自然环境中具有良好耐蚀性。但是在高温强还原性介质中由于钝化膜被破坏,不锈钢发生强烈腐蚀,前人在不锈钢表面电镀一层Pd系膜层对基体起到了良好保护作用。在膜层实际服役过程中溶液存在流动以及含有侵蚀性离子Cl-,会使膜层的服役性能下降。论文通过制备多层Pd-Ni膜层,提高了Pd-Ni膜层的耐蚀性,并对Pd-Ni膜层的耐蚀机理进行了初步研究。本文采用SEM、EDS分析了电流密度对Pd-Ni膜层形貌及元素含量的影响,通过XRD分析了电流密度对膜层晶粒大小及晶面取向影响。利用孔隙率、内应力、显微硬度、接触角、结合强度、腐蚀浸泡、动电位极化曲线、电化学阻抗等手段评价了电流密度对膜层各项性能影响。电流密度在0.8～1.5 A/dm2范围内,Pd-Ni膜层表现出更好的耐蚀性,电流密度较低(0.4、0.6 A/dm2)或者过高(2.0、4.0 A/dm2)膜层耐蚀性下降。电流密度为1.2 A/dm2时表面膜层与基体之间结合强度最高,达到4.81MPa;电流密度为1.5 A/dm2时表面膜层显微硬度最高,达到453.8 HV。在单一镀槽中,通过控制电流密度设计制备了七种多层Pd-Ni膜层。多层Pd-Ni膜层相比单层Pd-Ni膜层具有更加的优异性能,膜层浸泡后结合强度由3.25 MPa提高至4.13 MPa,浸泡后孔隙率由11.75/cm2下降至2.75/cm2,膜层显微硬度、内应力等性能有明显改善。在85℃20％H2SO4+200 ppm C1-+520rpm搅拌的强腐蚀溶液中,多层Pd-Ni膜层相比单层Pd-Ni膜层腐蚀速率由0.043 g·m-2·h-1最低下降至0.013 g·m-2·h-1。不锈钢表面电镀Pd、Pd-Ni合金膜层后,在强还原性腐蚀环境中不锈钢腐蚀电位被明显提高,处于自身的钝化区间。与镀钯膜层相连不同面积的不锈钢,促进不锈钢钝化后生成的钝化膜耐蚀性不同,膜层中Cr(OH)3含量由5.79%提升至52.75%、Fe304含量由13.04%提高至30%左右,提高了钝化膜的稳定性和保护性能。
【关键词】：Pd-Ni 电流密度 耐蚀性 钝化膜 硫酸
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 不锈钢17
• 1.2 不锈钢的耐蚀性17-18
• 1.3 不锈钢在硫酸环境中的腐蚀18-19
• 1.4 不锈钢的保护19-24
• 1.4.1 电化学保护技术19-21
• 1.4.2 表面添加合金元素21-22
• 1.4.3 表面有机涂层涂覆22
• 1.4.4 不锈钢表面改性22-23
• 1.4.5 不锈钢表面电镀23-24
• 1.5 多层镀层制备24-26
• 1.6 钯系合金膜层制备26-27
• 1.7 论文的研究内容及研究意义27-29
• 第二章 实验材料、制备工艺及检测分析方法29-37
• 2.1 实验所需材料29-30
• 2.1.1 实验药品29
• 2.1.2 电镀基体材料29-30
• 2.2 实验样品制备方法步骤30-32
• 2.2.1 材料前处理工艺30-31
• 2.2.2 不锈钢表面电沉积Pd-Ni膜层31-32
• 2.3 膜层性能测试32-37
• 2.3.1 膜层在腐蚀溶液浸泡前后结合强度测试32
• 2.3.2 接触角测试32
• 2.3.3 显微硬度测试32
• 2.3.4 膜层在腐蚀溶液中浸泡前后孔隙率测试32-33
• 2.3.5 膜层内应力测试33
• 2.3.6 电镀膜层表面形貌与成分分析33-34
• 2.3.7 电镀膜层耐蚀性分析34-35
• 2.3.8 电偶实验35-36
• 2.3.9 钝化膜半导体性能测试36-37
• 第三章 电流密度对Pd-Ni镀层性能影响37-57
• 3.1 电流密度对表面形貌影响37-39
• 3.1.1 Pd-Ni镀层表面金相形貌37-38
• 3.1.2 Pd-Ni镀层表面SEM形貌观察38-39
• 3.2 电流密度对元素含量影响39-42
• 3.3 电流密度对Pd-Ni膜层晶粒大小及择优取向影响42-43
• 3.4 电流密度对镀层厚度影响43-44
• 3.5 电流密度对镀层内应力影响44-45
• 3.6 电流密度对镀层硬度影响45-46
• 3.7 电流密度对结合强度影响46-47
• 3.8 电流密度对接触角大小影响47-48
• 3.9 电流密度对孔隙率影响48-49
• 3.10 电流密度对耐蚀性影响49-56
• 3.10.1 不同Pd-Ni膜层在85℃20%H_2SO_4环境中耐蚀性49-51
• 3.10.2 不同Pd-Ni膜层在85℃20%H_2SO_4+200 ppm Cl~-环境中耐蚀性51-53
• 3.10.3 不同Pd-Ni膜层在85℃20%H_2SO_4+200 ppm Cl~+520 rpm环境中耐蚀性53-56
• 3.11 本章小结56-57
• 第四章 多层Pd-Ni膜层的设计与制备57-73
• 4.1 电镀时间的选择57-58
• 4.1.1 电镀时间对膜层厚度影响57
• 4.1.2 电镀时间对膜层表面形貌及孔隙率影响57-58
• 4.2 多层Pd-Ni合金膜层层数的影响58-60
• 4.2.1 膜层层数对膜层孔隙率影响58-59
• 4.2.2 膜层数对耐蚀性影响59-60
• 4.3 多层Pd-Ni膜层的设计60-61
• 4.4 多层Pd-Ni膜层内应力61
• 4.5 多层Pd-Ni膜层硬度61-62
• 4.6 多层Pd-Ni膜层孔隙率62-63
• 4.7 多层Pd-Ni膜层结合强度63-64
• 4.8 多层Pd-Ni膜层形貌及元素含量变化64-66
• 4.9 多层Pd-Ni膜层耐蚀性66-70
• 4.9.1 交流阻抗测试66-67
• 4.9.2 动电位极化曲线67-68
• 4.9.3 腐蚀挂片试验68-70
• 4.10 本章小结70-73
• 第五章 Pd-Ni及Pd膜促进不锈钢表面钝化研究73-93
• 5.1 不锈钢表面电镀不同面积比Pd-Ni膜层电位监测73-74
• 5.2 不锈钢表面电镀钯膜与钯-镍膜层比较74-78
• 5.2.1 不锈钢电镀Pd、Pd-Ni表面形貌比较74-75
• 5.2.2 不锈钢电镀Pd、Pd-Ni膜层结构比较75
• 5.2.3 不锈钢电镀Pd、Pd-Ni膜层耐蚀性比较75-78
• 5.3 电位监测78-80
• 5.4 不同状态钝化膜表面元素分析80-86
• 5.4.1 不同面积比生成钝化膜表面元素分析80-83
• 5.4.2 相同面积比不同电位时钝化膜表面元素分析83-86
• 5.5 不同状态钝化膜EIS分析86-89
• 5.5.1 不同面积比生成钝化膜EIS分析86-88
• 5.5.2 相同面积比不同电位时钝化膜EIS分析88-89
• 5.6 不同状态钝化膜M-S曲线89-91
• 5.6.1 不同面积比生成钝化膜EIS分析89-90
• 5.6.2 相同面积比不同电位时钝化膜M-S分析90-91
• 5.7 本章小结91-93
• 第六章 总结论93-95
• 参考文献95-103
• 致谢103-105
• 研究成果及发表的论文105-107
• 作者和导师简介107-108
• 附件108-109

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本文编号：830506