脉冲电沉积（Ni-Co）/Al_2O_3复合镀层及其性能研究

【摘要】： 在直流、单脉冲、周期换向脉冲三种电流方式下,采用逐层深入的方法,以镀层中的Al_2O_3含量、镀层硬度以及宏观残余应力为主要评价指标,得出电镀液的组成及操作条件为:硫酸镍250g/L,氯化镍45g/L,硼酸30g/L,硫酸钴3g/L,阴离子表面活性剂0.05g/L;pH值4.3,搅拌速率250 r/min,镀液温度43℃;电流密度2A/dm2,正向工作时间3ms,正向工作比0.3,正向脉冲平均电流密度2.22A/dm2,反向工作时间3ms,反向工作比0.1,反向脉冲平均电流密度0.22A/dm2。利用SEM、TEM、XRD、EDS以及XPS等手段分析镀层的结构,同时采用Tafel线性外推法、循环阳极极化曲线、电化学交流阻抗以及摩擦磨损实验等手段对其耐蚀及耐磨性能进行评价。 在直流电沉积的扩散理论基础上,建立了脉冲电沉积的双扩散层模型,靠近电极为脉冲扩散层,扩散层内金属离子的浓度随脉冲电流的频率而波动;脉冲扩散层外面包围着一层稳态扩散层,其中离子的扩散速度在整个过程中基本是稳定的,作用是将主体溶液中的离子不断向脉冲扩散层中补充。单脉冲扩散层的厚度仅取决于阳离子扩散系数和脉冲导通时间,与溶液本体浓度无关。 直流电沉积时,基质金属的沉积连续进行,粒子在电极表面不间断嵌入镀层;单脉冲电沉积由于脉冲间歇的存在使得具有较大体积的粒子会脱附,重新回到溶液中;采用周期换向脉冲时,反向脉冲电流使表面荷正电的较大的粒子更易从电极表面脱附,同时,反向脉冲电流对基质金属的溶解作用,也会促进粒子的脱附,因此镀层中复合粒子尺寸最小。随着镀层中粒子复合量的增加,三种镀层的晶粒都明显细化,说明Al_2O_3的存在阻止了晶粒的长大,提高了电沉积过程中晶核的形成速率。适当功率超声作用下电沉积获得的复合镀层,基质金属Ni的晶粒尺寸更小,Al_2O_3在镀层中的分布状况有较大程度的改善,但会增加镀层的应力,降低粒子的复合量。镀液中少量稀土添加剂的加入可以使基质金属晶粒明显细化,增加镀层中Al_2O_3粒子的复合量,提高复合镀层硬度,降低宏观残余应力。 复合镀层主要由面心立方的Ni组成,同时存在较弱的Al_2O_3衍射峰,但并未发现Co元素的衍射峰,说明Ni的晶格中部分位置被Co取代,形成固溶体。直流电沉积的(Ni-Co)/Al_2O_3复合镀层中基质金属Ni主要沿