电镀过程中析氢反应的抑制与机理

电镀是工业上常用的表面处理技术之一,然而电镀过程会伴随析氢反应(HER),产生的氢原子一部分进入基体之中,导致镀层鼓泡、基体开裂或氢脆等危害。目前工业中常用的解决措施是对镀后工件在200℃除氢4~24 h,但长时间的除氢处理不仅生产效率低,还会消耗大量能源。本文通过Devanathan-Stachurski双电解池研究稀土盐对电镀过程中氢渗透行为的影响,同时探索在电镀过程稀土盐作为添加剂对电镀过程中阴极析氢反应的影响,并基于Iyer-Pickering-Zamanzadeh(IPZ)模型,拟合计算添加稀土盐后电镀过程中HER动力学参数。结果表明:稀土盐显著抑制电镀过程中的氢渗透,可以节约电镀后处理时间和减少除氢后处理过程的能量需求,为电镀行业的节能减排提供新的思路。

云母填料尺寸效应对水在环氧涂层中扩散行为的影响

以3种不同尺寸(124μm、38μm和19μm)的片状云母粉为填料,应用质量法和电化学阻抗法(EIS)研究云母填料尺寸效应对水在环氧涂层中的扩散行为的影响。结果表明在几种涂层中,水的扩散总是分为两个阶段:扩散初期阶段和平衡扩散阶段。浸泡初期水在涂层中的扩散行为除了124μm云母环氧涂层基本符合理想菲克扩散行为外,38μm云母环氧涂层和19μm云母环氧涂层均符合理想的菲克扩散定律,即涂层的吸水与浸泡时间的1/2次方成正比。但是水在几种涂层中的扩散系数却各不相同,其中38μm云母环氧涂层的扩散系数最小。

高密度纳米孪晶镍镀层的电化学腐蚀行为

利用脉冲电镀技术在Q235钢基体上制备了纳米孪晶镍镀层,分别测试了纳米孪晶镍镀层和铸态镍在pH8.4的硼酸缓冲溶液(0.1 mol/L H_3BO_3+0.025 mol/L Na_2B_4O_7)中的动电位极化曲线。结果表明,两者在硼酸缓冲溶液中均能自钝化,并且前者具有较好的耐腐蚀和钝化性能。利用Mott-Schottky关系和点缺陷模型(PDM),分别从热力学和动力学两方面研究了纳米孪晶结构对钝化膜性能的影响,发现纳米孪晶结构对钝化膜中的缺陷密度影响较小,对缺陷在钝化膜中的扩散系数(D_m)却有着显著的影响,这是导致其上生长的钝化膜薄且致密、耐蚀性能好的主要原因。

利用电化学阻抗谱和电化学噪声分析薄有机涂层的腐蚀过程

电化学阻抗谱与电化学噪声是方便、有效的监测有机涂层腐蚀破坏的测试技术,EIS数据能够反映出涂层破坏机制的变化,而电化学噪声数据处理简单。本实验在一个改进的电解池中对同一涂层同时进行电化学阻抗谱和电化学噪声的监测,结果发现:对于薄的聚氨酯和环氧/聚酰胺涂层,谱噪声电阻R0sn(f→0)与噪声电阻Rn在涂层腐蚀破坏过程中的发展趋势基本一致,但R0sn(f→0)小于Rn值;同时,腐蚀反应的极化电阻Rt与噪声电阻Rn的值更接近,变化趋势也基本相同。

溶胶-凝胶二氧化硅微球粒径的响应曲面法优化研究

采用响应曲面法优化并建立了溶胶凝胶法合成二氧化硅微球的粒径的模型。研究并探讨了单因素的变化对粒径的影响。以单因素实验筛选出的实验条件为基础,根据响应曲面法设计了实验。通过计算机对数据进行二次回归拟合以及方差分析,删减不显著项并重新拟合,使得模型能够较好的反映实际情况。根据拟合后的模型,分析了交互作用的影响,预测溶胶凝胶法的适用范围及特定粒径的合成条件。与实际对比,发现误差值在100 nm以内,能够为后来的研究者提供较好的参考。

纳米孪晶镍镀层制备工艺的正交设计优化

过去对采用脉冲电镀法制备纳米孪晶镍镀层研究较少。以镍镀层的耐腐蚀性能作为镀层性能的检测指标,应用正交试验设计优化了脉冲电镀工艺,制备出纳米孪晶镍镀层。结果表明:以主盐NiSO4·2H2O浓度为400g/L,脉冲平均电流密度为1.5A/dm2,占空比为20%制备的纳米孪晶镍镀层的耐腐蚀性能最好,维钝电流密度达到0.67μA/cm2;镀层为纳米孪晶结构晶粒,尺寸为50～150nm。

AZ91D镁合金Ni-W-P多层化学镀层的摩擦磨损及耐腐蚀性能

采用多层化学镀工艺在AZ91D镁合金表面成功制备了Ni-W-P多层化学镀层。通过XRD、SEM、摩擦磨损实验以及电化学分析测试等方法,对比研究了普通单层化学镀试样与多层化学镀试样的显微结构、摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能。结果表明:多层化学镀层的摩擦因数、维氏硬度及磨损速率与单层化学镀层大体相当,分别为0.33、933 HV和1.46 mg/Km,保留了单层化学镀层优异的耐磨损性能。此外,多层化学镀层的孔隙率较单层化学镀层降低了2个数量级,涂层更为致密。与普通单层化学镀层相比,多层化学镀层的耐蚀性能显著提高,其腐蚀电位和击破电位分别提高了168和209 mV,钝化电流密度由4.212μA·cm−2降低至1.306μA·cm−2。因此,多层化学镀层有望成为AZ91D镁合金更有前景的耐磨耐蚀防护涂层。

利用电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为Ⅱ-薄液膜对纯镁腐蚀阳极过程的影响

利用电化学噪声研究了纯镁在不同厚度薄液膜下的腐蚀行为.结果表明:与本体溶液相比,薄液膜对纯镁腐蚀的阳极过程有使点蚀的孕育速度减缓作用的同时还有使点蚀生长的概率增加的作用;薄液膜下纯镁表面产生的亚稳态点蚀生长成稳态点蚀的概率比本体溶液下的大.点蚀孕育速度比点蚀生长概率对阳极过程的影响更大;这导致了薄液膜下纯镁腐蚀的阳极过程减缓.

电化学方法研究纯镁在薄液膜下的腐蚀行为Ⅰ-O_2对纯镁在薄液膜下腐蚀行为的影响

用电化学法研究了纯镁在未除氧和除氧的下不同厚度薄液膜下的腐蚀行为.结果表明:薄液膜下纯镁腐蚀的阴极过程受氢还原控制;液膜厚度的减小使其阴极过程和阳极过程都受到抑制,对阳极过程影响很大.氧气的存在对阳极过程的影响很大,并使得纯镁表面易于生成表面膜,表面膜更加连续和致密.

AZ91D镁合金在NaCl溶液中腐蚀过程的电化学噪声分析

通过电化学噪声技术(EN)、小波变换(WT)、噪声电阻(Rn)和功率谱密度(PSD)等方法研究了AZ91D镁合金在碱性含氯溶液中的腐蚀行为.结果表明,AZ91D镁合金在碱性含氯溶液中的腐蚀过程可以分为三个不同的腐蚀阶段:伴随氢气泡产生、吸附和脱附的阳极溶解阶段,点蚀发展阶段和最后形成MgH2保护膜的腐蚀抑制阶段.

纳米Fe-10Cr涂层电化学腐蚀行为影响研究 I.钝化性能

利用磁控溅射技术制备出了晶粒尺寸为20 nm-30 nm的Fe-10Cr合金涂层.通过动电位极化曲线、电化学阻抗谱图(EIS)和Mott-Schottky分析等电化学测试手段,探讨了Fe-10Cr纳米涂层在0.05 mol/L H2SO4+0.25mol/L Na2SO4溶液中的钝化性能。发现纳米化使材料的活性溶解增强;在钝化膜形成过程中Cr更容易富集,从而更容易钝化;纳米化后,材料表面钝化膜中的载流子密度下降,化学稳定性提高.

Fe-20Cr纳米涂层的电化学行为

利用磁控溅射技术在玻璃基体上制备了Fe-20Cr纳米晶涂层.分别测试了Fe-20Cr铸态和纳米晶涂层在含氯离子溶液(0.005 mol/L H2SO4+0.5 mol/L NaCl)与不含氯离子的溶液(0.005 mol/L H2SO4+0.25 mol/LNa2SO4)中的动电位极化曲线.结果表明,纳米化使材料的溶解速度增大,纳米晶涂层在两种溶液体系中均容易钝化;与铸态合金相比,纳米涂层的维钝电流增大两个数量级.在含氯离子溶液中,纳米晶涂层的维钝区间是铸态合金的两倍,耐局部腐蚀性能得到很大提高.利用电容测试技术和Mott-Schottky关系研究了Fe-20Cr铸态合金与纳米晶涂层分别在两种溶液中所形成钝化膜的半导体性能.结果表明铸态合金在不含氯离子的溶液中低电位下所形成的钝化膜为p型半导体,高电位下形成n型半导体,在含氯离子溶液中形成的钝化膜为p型半导体;而纳米晶涂层在两种溶液体系中形成的钝化膜均为n型半导体.钝化膜的结构类型的不同是导致Fe-20Cr纳米晶涂层与铸态合金具有不同电化学行为的主要原因.

纳米Fe-10Cr涂层电化学腐蚀行为影响研究 Ⅱ.点蚀性能

利用动电位极化曲线、电化学阻抗谱图(EIS)和Mott-Schottky分析等电化学测试手段,探讨了Fe-10Cr纳米涂层在0.05 mol/L H2SO4+0.5 mol/L NaC l溶液中的腐蚀行为.研究表明,与铸态合金相比,溅射纳米涂层表面钝化膜的化学稳定性和再钝化性能明显提高;二者的钝化膜均具有p型半导体结构特征,但溅射纳米涂层表面钝化膜的载流子密度和平带电位都比较低,导致钝化膜中金属离子的传输速度较低,纳米涂层表面钝化膜的化学稳定性增强.

利用随机方法研究纳米化对纯锌点蚀行为的影响

选择柠檬酸型镀液,用脉冲电镀法成功制备纳米锌镀层;并用电化学法和随机法等研究纳米化对纯锌点蚀行为的影响.结果表明:纳米锌和铸态锌的点蚀击破电位均服从正态分布;纳米化增加了纯锌点蚀击破电位对电位扫描速度的敏感性,使纯锌的点蚀产生类型由B1(parallel)型转为B2(series)型,并能抑制纯锌的点蚀生长.

载波处理对纯镁耐蚀性能的影响

采用载波处理方法,用0.25mol/LNa2SO4+0.1mol/LNaOH作为载波处理溶液,对纯镁试样进行载波处理,通过正交试验确定载波处理的最佳工艺参数;用扫描电子显微镜(SEM)观察载波处理后试样的表面形貌;用First Ten Angstroms(FTA)仪器测量蒸馏水纯镁的接触角并计算出表面能;用电化学方法研究了在0.05mol/LNaCl+0.01mol/LNaOH溶液中载波处理对纯镁耐蚀性能的影响.结果表明:载波处理后,纯镁表面生成了一层非常致密而细小的氧化膜,使表面更稳定,提高了纯镁的耐蚀性能.

微晶化对纯铝点蚀行为的影响

通过磁控溅射技术在玻璃基体上制备了晶粒尺寸在400nm左右微晶铝膜.利用动电位极化曲线及电化学噪声技术研究了微晶铝在酸性氯化钠溶液的腐蚀行为.结果表明,微晶铝自腐蚀电位升高,自腐蚀电流明显减小,维钝电流、点蚀击破电位显著升高;微晶化对纯铝点蚀行为有两方面的影响,一方面点蚀孕育速度增大,另一方面点蚀生长速度降低,导致微晶化后纯铝的耐点蚀性能增强.

深海环境下静水压力对纯镍腐蚀行为的影响

采用动电位极化、电化学阻抗和Mott-Schottky等电化学测试方法,研究了在室温、3.5%NaC l溶液条件下,静水压力对纯镍的钝化膜性能的影响。结果表明:随着静水压力的增加,纯镍的腐蚀速度增大,阴极过程保持不变,阳极过程加速。静水压力对阳极过程的影响:一方面提高纯镍钝化膜的抗腐蚀能力,使钝化膜中的受主密度减小,空间电荷层的厚度增加;另一方面,恶化了纯镍的钝化膜腐蚀抗腐蚀能力,使钝化膜变得不稳定,并且表现出较高的化学溶解速度和空穴扩散系数。静水压力对纯镍钝化膜的恶化作用比提高作用对阳极过程的影响更大,导致纯镍的抗腐蚀能力随着静水压力的提高而减小。

本征态聚苯胺对碳钢在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为影响

通过化学方法合成本征态聚苯胺,采用动电位极化曲线、电化学噪声(EN)和扫描电化学显微镜(SECM)等方法研究了它对碳钢在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响.结果表明:涂覆本征态聚苯胺后使碳钢的阳极塔菲尔斜率明显增大,抑制了碳钢的阳极过程;随着浸泡时间的延长,本征态聚苯胺涂层的开路电位明显高于碳钢的值,并呈不断升高的趋势,涂层的保护性逐渐增强.电化学噪声随机分析的结果显示聚苯胺涂层的腐蚀孕育速度以及腐蚀发生的概率都要低于碳钢试样.

金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti的腐蚀行为

以TC4钛合金箔片和纯Al箔片为原料,采用真空热压烧结工艺制备单相金属间化合物Al_3Ti和金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti。采用动电位极化曲线和交流阻抗谱等测试技术,研究对供货态的TC4、随炉热处理的TC4、单相金属间化合物Al_3Ti、金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti在模拟海水环境下的腐蚀性能,并对腐蚀之后材料表面的形貌及腐蚀产物进行观察和标定,获得单相金属间化合物Al_3Ti和金属间化合物基层状复合材料Ti/Al_3Ti的耐海水腐蚀性能。结果表明:金属间化合物Al_3Ti的耐海水腐蚀性能比层状复合材料Ti/Al_3Ti的腐蚀性能要好,但腐蚀性能都比复合材料单元TC4合金的要差;层状复合材料海水浸泡的腐蚀产物主要分布在界面处,且有局部腐蚀现象出现。

金属氢渗透研究综述

综述了氢渗透的研究方法和研究历史,总结了当前对氢损伤机理的研究,以及在易发生氢脆环境下的氢渗透行为规律和影响氢行为的因素。在这些研究的基础上,国内外先后开发了许多氢渗透防护技术,如:阻碍氢原子渗入基体,在材料表面制备涂镀层;消除钢中有害元素的方式,改变中氢原子陷阱的数目;从组织入手,开发高纯度、高抗氢钢,包括一些系列铁素体合金钢等。综述了从传统的电沉积阻氢合金镀层,到新工艺制备阻氢陶瓷层的发展。阻氢涂层具有阻氢性能极佳,兼具保护作用的优点,但容易失效,破损后会加快基体的局部腐蚀;而通过冶金、热处理来净化钢材,改变组织成分开发的纯净钢,其实际抗氢脆性能并不理想,仍然会出现氢引起的力学性能下降,并且具有控制工艺复杂、能耗大的缺点。由此认为,氢一旦进入金属材料内部,造成材料的性能损伤不可避免,防止氢进入金属材料是该领域的关键科学问题。氢渗透过程是氢损伤发生的关键步骤,那么阻碍氢渗透过程的进行就成了氢损伤防护措施的重中之重。抑制氢渗透过程的发生需要从降低氢原子浓度梯度、降低材料内部氢陷阱密度和结合能两方面入手,开发有效的抑氢手段,抑制氢渗透过程,使材料内部的氢原子浓度小于临界氢原子浓度。