工藝參數對Ni-Fe-Co三元合金鍍層形貌及耐蝕性的影響

姜 義， 王久勝， 李雪松

（1.長春工程學院理學院，吉林長春130012；2.吉林油田礦區燃氣管理服務公司，吉林松原138001；3.長春工業大學先進結構材料省部共建教育部重點實驗室，吉林長春130012）

工藝參數對Ni-Fe-Co三元合金鍍層形貌及耐蝕性的影響

姜 義1， 王久勝2， 李雪松3*

（1.長春工程學院理學院，吉林長春130012；2.吉林油田礦區燃氣管理服務公司，吉林松原138001；3.長春工業大學先進結構材料省部共建教育部重點實驗室，吉林長春130012）

通過電沉積方法在鋼基體表面制備Ni-Fe-Co三元合金鍍層。討論了電流密度、溫度、p H值對合金鍍層表面形貌及耐蝕性的影響。結果表明：在電流密度6 A／dm2，p H值3.6，溫度65℃的條件下，獲得的合金鍍層均勻致密，顯微硬度較高且耐蝕性較好。

電沉積；Ni-Fe-Co三元合金鍍層；極化曲線

0 前言

合金電鍍一直是電鍍新工藝開發的重要領域。以往為取代昂貴的鍍鎳而開發的Cu-Sn合金，就是其中的一種。現在的代鎳和節鎳鍍層，也都是各種合金。這是因為合金可以綜合單一金屬的優點，并具有單一金屬所不具備的新特性［1-3］。鎳被廣泛用于鋼鐵的防護性鍍層。隨著汽車行業的快速發展，汽車的耐鹽防護性備受關注。在開展高耐蝕性鍍層的研究中，鎳基合金的研究引人注目［4-5］。

Ni-Fe-Co三元合金鍍層具有高強度、高塑性、低內應力等優異性能。本文利用電沉積方法制備Ni-Fe-Co三元合金鍍層，通過調整電流密度、溫度和p H值等工藝參數，獲得最佳工藝條件，并對最佳工藝條件下所得合金鍍層的微觀結構及耐蝕性進行了分析。

1 實驗

1.1 實驗材料

采用規格為4 mm×2 mm×2 mm的低碳鋼板作為陰極；采用電解鎳板及純鐵作為陽極，且鎳鐵陽極采用分掛的方式。

1.2 實驗設備

采用直流電鍍電源調整電流密度；采用自動循環過濾裝置保證鍍液的純凈和均勻；采用可自動控制的恒溫水浴控制鍍液溫度；采用輔助機械攪拌保證陰極試樣表面液層中的成分相對穩定，以避免濃差極化的影響。

1.3 工藝流程

工件前處理→ 測 量尺寸→ 裝掛→ 水洗→化學除污→ 水 洗→ 弱 腐蝕→ 水 洗→ 復合電鍍→ 水 洗→ 吹 干→ 拆卸

1.4 鍍液組成及工藝條件

FeSO4·7H2O 45～180 g／L，CoSO4·7H2O 4～40 g／L，NiCl2·6 H2O 40～50 g／L，NiSO4· 6H2O 220～320 g／L，H3BO335 g／L，抗壞血酸鈉2～5 g／L，十二烷基硫酸鈉0.3～1.0 g／L，糖精0.5～2.0 g／L，p H值2.8～4.0，3～12 A／dm2，35～65℃，1 h。

1.5 測試方法

（1）采用JSM-5600LV型掃描電鏡觀察合金鍍層的表面形貌。

（2）采用HXD-1000型顯微硬度儀測量合金鍍層的顯微硬度，加載載荷100 g，加載時間15 s。每個試樣測試10個點，取平均值。

（3）采用IVIUM型電化學工作站測試合金鍍層在3.5%的NaCl溶液中的極化曲線。測試時采用三電極體系。

2 結果與討論

2.1 合金鍍層的表面形貌

圖1為不同電流密度下所得合金鍍層的表面形貌。由圖1可知：電流密度對合金鍍層的表面形貌影響較大。當電流密度為6 A／dm2時，鍍層晶粒最為均勻、細致，外觀也較為平整、光亮。低電流密度下，鍍層沉積慢，鍍層的形核速率小于晶粒的長大速率，所以晶粒較大，鍍層較為粗糙。高電流密度下，雖然鍍層的沉積速率加快，但是過高的電流密度容易導致鍍層燒焦或出現結瘤［6］。

2.2 合金鍍層的顯微硬度

顯微硬度是衡量鍍層質量的重要標志之一。采用顯微硬度儀對不同工藝參數下得到的合金鍍層進行顯微硬度測試，結果如表1、表2和表3所示。溫度和p H值對合金鍍層的顯微硬度影響較大。在低溫和低p H值條件下，鍍層極薄，甚至出現無鍍層的現象。正交試驗結果表明：在電流密度6 A／dm2、溫度65℃、p H值3.6的條件下，獲得的合金鍍層具有最高的顯微硬度，達到5 420 MPa。

2.3 合金鍍層的極化曲線

圖2為不同電流密度下所得合金鍍層在3.5%的NaCl溶液中的極化曲線，溫度為65℃，p H值為3.6。由圖2可知：當電流密度為6 A／dm2時，合金鍍層具有最正的自腐蝕電位及最小的自腐蝕電流密度。因為在此電流密度下獲得的合金鍍層更為均勻、細致，不易產生過多的腐蝕原電池，所以其表現出較好的耐電化學腐蝕性能。

圖3為不同溫度下所得合金鍍層在3.5%的 NaCl溶液中的極化曲線，電流密度為6 A／dm2，p H值為3.6。由圖3可知：當溫度為65℃時，合金鍍層的耐電化學腐蝕性能最好，具有最正的自腐蝕電位，且自腐蝕電流密度也較小。

圖4為不同p H值下所得合金鍍層在3.5%的NaCl溶液中的極化曲線，電流密度為6 A／dm2，溫度為65℃。由圖4可知：當p H值為3.6時，合金鍍層具有更好的耐電化學腐蝕性能，自腐蝕電位為-0.948 V。

由以上極化曲線可知，在電流密度6 A／dm2，溫度65℃，p H值3.6的條件下獲得的合金鍍層具有較好的耐電化學腐蝕性能。這也與上面的顯微硬度測試結果相符合。這主要是因為在此工藝條件下獲得的合金鍍層結晶均勻、細致，晶界等缺陷少，在晶界和晶粒之間形成的腐蝕微電池也少，大大地提高了其耐蝕性［7-8］。

3 結論

（1）電流密度對合金鍍層的表面形貌影響較大。當電流密度為6 A／dm2時，鍍層的晶粒最為均勻、細致，形貌也較為平整、光亮。

（2）在電流密度6 A／dm2，溫度65℃，p H值3.6的條件下獲得的合金鍍層具有最高的顯微硬度及較好的耐電化學腐蝕性能。

［1］ 張勝濤.電鍍工程［M］.北京：化學工業出版社，2002：166-176.

［2］ 沈寧一，許強令，吳以南，等.表面處理工藝手冊［M］.上海：上海科學技術出版社，1991：81-94.

［3］ HUANG C A，LIN W，LIAO M J.The electrochemical behaviour of the bright chromium deposits plated with directand pulse-current in 1 M H2SO4［J］.Corrosion Science，2006，48（2）：460-471.

［4］ 曾祥德.影響氯化物電鍍鋅鐵合金工藝的穩定因素［J］.電鍍與環保，2001，21（6）：10-11.

［5］ BAYRAMOGLU M，ONAT B，GEREN N.Statistical optimization of process parameters to obtain maximum thickness and brightness in chromium plating［J］.Journal of Materials Processing Technology，2008，203（1）：277-286.

［6］ 許愛忠，胡文彬，沈斌，等.鋅-鎳合金鍍層耐蝕性機理研究進展［J］.電鍍與環保，2000，20（3）：1-5.

［7］ 李雪松，馬立軍，高金芝，等.電流密度對光亮鎳-鐵合金鍍層表面形貌及耐蝕性的影響［J］.電鍍與環保，2009，29（3）：7-9.

［8］ 吳化，李雪松，趙國良，等.超聲作用對鎂合金表面電沉積層組織與性能的影響［J］.材料熱處理學報，2011，32（3）：153-158.

Effects of Technological Parameters on the Morphology and Corrosion Resistance of Ni-Fe-Co Ternary Coatings

JIANG Yi1， WANG Jiu-sheng2， LI Xue-song3*
（
1.School of Science，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China；2.Jilin Oilfield Mining Area Gas Management Service，Songyuan 138001，China；3.Key Laboratory of Advanced Structural Materials，Ministry of Education，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

Ni-Fe-Co ternary coatings were prepared on steel substrate by electrodeposition.Effects of current density，temperature and p H value on the surface and corrosion resistance were discussed.Results showed that the ternary coatings obtained under the conditions of current density 6 A／dm2，p H value 3.6 and temperature 65℃with uniform and dense morphology，higher microhardness and better corrosion resistance.

electrodeposition；Ni-Fe-Co ternary coating；polarization curve

TQ 153 文獻標志碼：A 文章編號：1000-4742（2015）06-0005-03

2015-07-28

國家自然科學基金（11304021）；吉林省教育廳計劃項目（吉教科合字［2015］第290號）