Co—Fe—P復(fù)合鍍層的制備及性能研究

孫雅茹　牛軼強　赫卿

摘 要：本實驗通過選取影響電沉積Co-Fe-P復(fù)合鍍層的4個因素，設(shè)計了L16（44）正交試驗方案，以極差法研究了各因素對鍍層表面的影響，確定了最優(yōu)工藝條件并利用極化曲線和交流阻抗實驗加以證實。實驗結(jié)果顯示：當(dāng)鍍液主鹽配比（CoSO4/7H2O/FeSO4/7H2O）為0.11/0.01、鍍液pH為10、施鍍溫度為60℃、電流密度為25mA/dm2時，得到的Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能最佳。

關(guān)鍵詞：Co-Fe-P復(fù)合鍍層 制備 性能

中圖分類號：TQ630.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0100-03

Co-Fe-P復(fù)合鍍層具備很好的耐蝕能力，較高的導(dǎo)電性、良好的耐摩擦能力以及優(yōu)良的軟磁性能，已得到廣泛應(yīng)用[1]。與傳統(tǒng)的Co-P硬磁合金相比，既保留了Co-P合金的優(yōu)異磁學(xué)性能，還由于Fe元素的加入，改善了合金的導(dǎo)電性；與傳統(tǒng)的Fe-P合金相比，既保留了Fe-P合金的良好的耐蝕性，還由于Co元素的加入，增強了合金的軟磁性能。

近些年來，研究人員對化學(xué)鍍方法制備Co-Fe-P復(fù)合鍍層[2]、電鍍方法制備Fe-Co-P復(fù)合鍍層[3]都做了大量研究，但電鍍方法制備Co-Fe-P復(fù)合鍍層的性能研究卻鮮有發(fā)表。

本研究采用電沉積鍍覆的方式，利用正交實驗的方法，研究了不同的主鹽配比、pH、溫度、電流密度對Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能的影響，為進一步改善合金的綜合性能提供實驗依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 制備方法

本實驗采用4因素4水平正交實驗[4]，不考慮交互作用，所選取的4個因素分別為鍍液主鹽配比，鍍液pH，施鍍溫度，電流密度；每個因素選取4個水平，分別如下。鍍液組成：主鹽為CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O，總濃度為0.12mol/L，摩爾比例分別為0.11/0.01、0.10/0.02、0.09/0.03、0.08/0.04，0.3mol/L的NaH2PO2·2H2O，0.3mol/L的 Na3C6H5O7·2H2O，0.5mol/L的H3BO3，用NaOH調(diào)節(jié)pH值分別為7、8、9、10，電鍍工藝條件：陰極電流密度分別為10、15、20、25mA/dm2，溫度分別為40℃、50℃、60℃、70℃，鍍覆時間為1h。

基體為50mm×10mm×2mm的Q235碳鋼材料，基體需經(jīng)過砂紙打磨、堿性除油、酸活化等前處理過程。電鍍后所得的試樣需經(jīng)過水洗和吹干等后處理過程。

1.2 分析方法

利用CHI604D電化學(xué)工作站進行電化學(xué)試驗[5，6]，采用三電極體系，以鍍覆了Co-Fe-P復(fù)合鍍層的Q235碳鋼材料為工作電極，面積為1cm2，以Pt電極作輔助電極，以飽和甘汞電極作參比電極，先在濃度為3.5%NaCl溶液中測定不同鍍層的開路電位，然后利用Tafel直線外推法測量鍍層的自腐蝕電流和自腐蝕電位，并以此為依據(jù)討論不同鍍液配比和電鍍工藝條件下Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗結(jié)果分析

為了便于實驗?zāi)繕?biāo)考核，本研究中以鍍層在極化曲線實驗中的自腐蝕電流作為正交試驗考核目標(biāo)，對鍍層的耐腐蝕性能進行分析，表1為正交試驗結(jié)果。

根據(jù)正交試驗的結(jié)果可以看出：各工藝參數(shù)對鍍層自腐蝕電流的影響的大小次序依次為，pH>電流密度>溫度>鍍液主鹽配比；最佳的工藝水平：鍍液主鹽配比0.11/0.01或0.09/0.03，pH10或7，溫度60℃，電流密度15mA/dm2。

2.2 極化曲線與交流阻抗實驗結(jié)果分析

圖1A是1、2、3、4號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測得的極化曲線。其中Ecorr為自腐蝕電位，Icorr為腐蝕電流，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻。由圖可知，1、2、3、4號試樣的極化曲線產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，4號試樣的Ecorr最高，為-0.983V；Icorr最小，為0.2339mA/cm2；Rct最大，達到712Ω/cm2。說明4號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強。由此可見，在第一組試樣中，4號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

圖1B是5、6、7、10號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測得的極化曲線。由圖可知，5、6、7、10號試樣的極化曲線都產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，鈍化區(qū)間相差不大，5號試樣的Ecorr最高，為-1.003V；Icorr最小，為0.1545mA/cm2；Rct最大，達到17Ω/cm2。說明5號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強。由此可見，在第二組試樣中，5號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

圖2A是8、9、13、14號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測得的極化曲線。由圖可知，8、9、13、14號試樣的極化曲線都產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，而8號試樣的鈍化區(qū)間更大，8號試樣的Ecorr最高，為-1.020V；Icorr最小，為0.0801mA/cm2；Rct最大，達到565Ω/cm2。說明8號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強。由此可見，在第三組試樣中，8號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

圖2B是11、12、15、16號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層在3.5%NaCl飽和溶液中測得的極化曲線。由圖可知，11號、12號、15號、16號試樣的極化曲線同樣都產(chǎn)生了鈍化現(xiàn)象，鈍化區(qū)間相差不大，12號試樣的Ecorr最高，為-1.018V；Icorr最小，為0.1708mA/cm2；Rct最大，達到17.2Ω/cm2。說明12號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層腐蝕動力學(xué)阻力較大，易于鈍化，使得耐腐蝕性較強。由此可見，在第四組試樣中，12號試樣表面的Co-Fe-P復(fù)合鍍層耐腐蝕性能最佳。

3 結(jié)語

實驗考查了鍍液主鹽配比，pH，溫度，電流密度等因素對Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能的影響。得出最佳工藝參數(shù)，當(dāng)鍍液主鹽配比（CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O）為0.11/0.01、鍍液pH為10、施鍍溫度為60℃、電流密度為25mA/dm2時，得到的Co-Fe-P復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能最佳。

參考文獻

[1] 王巧玲，黃桂芳.絡(luò)合劑對Co-Fe-P鍍層化學(xué)沉積速率和結(jié)構(gòu)的影響[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2008，30（1）：92-94，104.

[2] 王森林，陳志明.電沉積條件和熱處理對Fe-Co-P合金結(jié)構(gòu)和磁性能的影響[J].稀有金屬材料與工程，2007，36

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