氯化鈰和碘化鉀組成的復合添加劑對化學鍍鎳層耐蝕性能的影響

梁平

（遼寧石油化工大學機械工程學院，遼寧 撫順 113001）

氯化鈰和碘化鉀組成的復合添加劑對化學鍍鎳層耐蝕性能的影響

梁平

（遼寧石油化工大學機械工程學院，遼寧 撫順 113001）

在添加復合添加劑(CeCl3+ KI)的條件下進行化學鍍鎳。用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、動電位極化測量和電化學阻抗譜，研究了復合添加劑對鍍層的影響。結果表明：復合添加劑可使鍍層更加致密和均勻，腐蝕電流密度減小，電荷轉移阻力增大，鍍層的耐蝕性提高。

化學鍍鎳；氯化鈰；碘化鉀；添加劑；耐蝕性

Author’s address: School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China

1 前言

化學鍍鎳–磷合金具有沉積速度快，鍍層均勻，耐蝕性和耐磨性好等優點，廣泛應用于化工、機械、電子等行業[1]。隨著現代工業的不斷發展，人們對鍍層的表面質量和性能也提出了更高要求。為了滿足這些要求，人們也采用增加添加劑、超聲波、磁場等諸多方法來進一步提高合金鍍層的使用性能[2-3]。其中，添加劑由于用量少，使用方便，故而成為了改善合金鍍層性能的一種重要而且有效的手段。稀土和碘化鉀作為鍍鎳添加劑已有報道[4-5]，但將兩者同時放入鍍液中是否仍能起到好的作用尚未可知。因此，本文在前期研究結果的基礎上，考察了氯化鈰和碘化鉀組成的復合添加劑對鎳–磷合金化學鍍層的表面形貌、鍍層結構以及耐蝕行為的影響，為其工業化應用提供一些參考。

2 實驗

2. 1 材料及設備

采用35 mm × 25 mm × 4.0 mm的Q235鋼進行化學沉積。工藝流程為：打磨—酒精擦拭—堿洗除油—水洗—稀硫酸活化—水洗—化學鍍鎳—水洗—吹干—檢測。

實驗所用設備有：pHS-25型酸度計(上海雷磁儀器廠)，HH-4型數顯恒溫水浴鍋(江蘇杰瑞爾電器有限公司)，XL30型掃描電子顯微鏡(荷蘭飛利浦公司)，TG328A電光分析天平(上海天平儀器廠)。

2. 2 鍍層性能測試

用分析天平稱量試樣施鍍前后的質量(精確到0.1 mg)，然后計算鍍層的沉積速率。鍍層的沉積速率按下式計算：

式中：v為Ni–P–RE鍍層的沉積速率，單位μm/h；?m為施鍍前后試樣的增重，單位g；ρ為Ni–P鍍層的密度，取7.80 g/cm3；A為試樣表面積，單位cm2；t為沉積時間，單位h。

在室溫下將施鍍后的試樣放入w = 3.5%的NaCl溶液中，采用PAR公司的2273電化學系統進行動電位極化曲線和電化學阻抗測量。鍍層為工作電極，鉑片為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極。文中所有電位均相對于 SCE。動電位極化掃描速率為20 mV/min。電化學阻抗測量在自腐蝕電位下進行，擾動電位幅值為10 mV，采用ZSimpWin軟件3.21版對測試數據進行擬合。

3 結果與討論

3. 1 鍍層表面形貌和結構

在含有稀土 CeCl3的化學鍍鎳液中加入 10 mg/L KI，然后在Q235鋼表面沉積1 h制備出Ni–P合金鍍層，鍍層表面形貌如圖1所示。從圖1可以看出，復合添加劑使組成鍍層的胞狀物顆粒變得細小，結晶更為致密，鍍層更為平整，表面無氣孔、漏鍍等缺陷。

圖1 Ni–P鍍層表面形貌Figure 1 Surface morphologies of Ni–P coating

上述兩合金鍍層的XRD圖譜如圖2所示。從圖2可以看出，復合添加劑加入到鍍液中后，鍍層在 45°附近的“類饅頭峰”變得更為平坦，表明鍍層中的非晶化程度增大[7]。

圖2 2種鍍層的XRD圖譜Figure 2 XRD pattern of two kinds of coatings

3. 2 鍍層耐蝕性

2種鍍層在w = 3.5%的NaCl溶液中的動電位極化曲線如圖3所示。對2曲線的自腐蝕電位φcorr和自腐蝕電流密度jcorr進行擬合，結果表明，在該腐蝕介質中，當鍍液中不存在KI時，鍍層的φcorr= ?354 mV，jcorr= 0.98 μA/cm2；而當鍍液中加入KI后，鍍層的φcorr=?323 mV，jcorr= 0.63 μA/cm2。可見，使用復合添加劑KI + CeCl3后，鍍層的自腐蝕電位升高，自腐蝕電流密度降低，說明復合添加劑提高了Ni–P鍍層的耐蝕性。

圖3 2種鍍層在w = 3.5%的NaCl溶液中的動電位極化曲線Figure 3 Potentiodynamic polarization curves for two kinds of coatings in 3.5wt% NaCl solution

圖4為2鍍層在w = 3.5%的NaCl溶液中的電化學阻抗譜圖。從圖4可以看出，復合添加劑所得鍍層的容抗弧直徑更大，表明其耐蝕性更好。

圖4 2種鍍層在w = 3.5%的NaCl溶液中的電化學阻抗圖譜Figure 4 Electrochemical impedance spectra for two kinds of coatings in 3.5wt% NaCl solution

采用圖5的等效電路圖對圖4的電化學阻抗曲線進行數值擬合，其中Rs表示溶液電阻，C為雙電層電容，Rct代表電荷轉移電阻。擬合結果表明，當鍍液中加入復合添加劑以后，電荷轉移電阻從原來的 27 280 ?·cm2增大至50 500 ?·cm2，表明此鍍層的耐蝕性更好。

圖5 等效電路示意圖Figure 5 Schematic diagram of equivalent circuit

綜上所述，使用復合添加劑KI + CeCl3獲得的鍍層的耐蝕性更好，這主要是因為鍍液中添加復合添加劑以后，組成鍍層的胞狀物顆粒變小，胞狀物間的結合更為緊湊，鍍層變得更為平整，胞狀物凸起和凹陷部分之間的電位差減小[8]，腐蝕的驅動力降低，從而使鍍層的電化學腐蝕傾向降低；同時，表面缺陷數量大大減少，鍍層致密性提高，這也延長了腐蝕介質滲入到Q235鋼基體表面的時間；此外，復合添加劑也增大了鍍層的非晶化程度，使得鍍層的耐蝕性也越強。

4 結論

由CeCl3和KI組成的復合添加劑使Ni–P合金鍍層更致密，表面更平整，增大了鍍層的非晶化程度，減小了鍍層在w = 3.5%的NaCl溶液中的腐蝕電流密度，增大了電荷轉移電阻，提高了鍍層的耐蝕性能。

[1] HARI KRISHNAN K, JOHN S, SRINIVASAN K N, et al. An overall aspect of electroless Ni–P depositions—A review article [J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2006, 37 (6): 1917-1926.

[2] KOBAYASHI K, CHIBA A, MINAMI N. Effects of ultrasound on both electrolytic and electroless nickel depositions [J]. Ultrasonics, 2000, 38 (1/8): 676-681.

[3] SAITO Y, MONONOBE S, OHTSU M, et al. Electroless nickel plating under continuous ultrasonic irradiation to fabricate a near-field probe whose metal coat decreases in thickness toward the tip [J]. Optical Review, 2006, 13 (4): 225-227.

[4] 宣天鵬, 張雷, 黃秋華. Effect of rare earth metals on structure and properties of electroless Co–B alloy coating [J]. 稀土學報(英文版), 2002, 20 (5): 512-516.

[5] 陳一勝, 張樂觀, 王勇. 稀土對化學鍍鎳溶液穩定性的影響[J]. 材料保護, 2002, 35 (4): 38-40.

[6] 雷志剛, 鄭傳明, 韓榮生, 等. 四種穩定劑對化學鍍鎳液及鍍層耐蝕性的影響[J]. 腐蝕與防護, 2007, 28 (3): 135-137.

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[8] 黃慶榮, 蔣柏泉, 陳常青, 等. 稀土在化學鍍中應用研究現狀[J]. 稀土, 2007, 28 (1): 102-106.

Effect of composite additive comprising CeCl3and KI on corrosion resistance of electroless nickel coating //

LIANG Ping

The electroless nickel plating was carried out with a composite additive consisting of CeCl3and KI. The effect of the composite additive on deposit was studied by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), potentiodynamic polarization measurement and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the composite additive makes the deposit more compact and uniform, decreased the corrosion current density, and increases the charge transfer resistance. Therefore, the corrosion resistance of deposit is improved.

electroless nickel plating; cerium chloride; potassium iodide; additive; corrosion resistance

TQ153.12

A

1004 – 227X (2011) 01 – 0027 – 03

2010–01–26

梁平（1974–），男，遼寧沈陽人，博士，講師，主要研究方向為材料的表面處理及材料的腐蝕與防護。

作者聯系方式：(E-mail) liangping770101@163.com。

[ 編輯：吳定彥 ]