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微弧氧化/自组装/镍复合涂层的制备及其沉积机理研究

展晓强  
【摘要】:镁合金是通过镁的合金化而形成的,是目前最轻的金属结构材料之一。镁合金作为结构材料具有很多优良的材料性能,比如极好的铸造性,很好的电屏蔽性,较好的耐疲劳能力、良好的切削性能和高散热性等,是一种具有广阔发展前景的材料。镁合金的耐蚀性问题是制约其在工业应用中的主要因素,表面涂层技术是一种有效的防腐蚀方法。但由于很多单一膜层有很多的不足,制备防护性能更优异的复合涂层十分关键。因此,本文通过微弧氧化、自组装、化学镀镍三种表面处理技术成功在镁合金表面制备了微弧氧化/自组装/镍三层复合涂层,测试了其防腐蚀性能,并对化学镀镍层的沉积机理进行了研究。首先,本文采用Pd~(2+)活化和镍盐活化两种活化工艺分别制备了三层复合涂层,利用SEM、XRD和EDS等多种测试方法对制备的涂层微观形貌和结构组成进行了分析,并采用电化学极化曲线,交流阻抗对涂层的耐腐蚀性能进行了测试。结果表明Pd~(2+)活化工艺制备的涂层形貌和耐蚀性优于镍盐活化工艺制备的涂层。然后,采用单因素实验法对化学镀镍工艺进行了优化。利用SEM、EDS、XRD、XPS、AFM等测试方法对制备的三层复合涂层和镁合金基体、微弧氧化涂层、微弧氧化/自组装涂层进行了微观形貌和结构组成的分析。三层复合涂层表面致密沉积,无缺陷。从三层复合涂层截面形貌元素面扫描可以得到复合涂层厚度约为40μm。三层复合涂层AFM三维立体图的对角线表面高度变化范围是5-10 nm,波动范围最小,涂层具有最好的表面平整度。三层复合涂层的接触角为100.01°,在以上镁合金表面不同涂层中具有最大的接触角,疏水性最好。利用电化学测试和盐雾腐蚀实验测试了涂层的耐蚀性能,三层复合涂层的腐蚀电流密度为5.047×10~(-8) A·cm~(-2),与基体相比下降了三个数量级。在120 h盐雾实验中三层复合涂层展现了良好的耐蚀性能。通过测试,可以得出微弧氧化/自组装/镍三层复合涂层为AZ91镁合金提供了很好的防腐蚀作用。最后,在微弧氧化/自组装涂层活性表面上制备了6个不同时间化学镀样品,通过SEM、XRD和EDS对其表面形貌、元素组成和物质结构进行了测试。建立了复合涂层的沉积模型,推断出化学镀镍的沉积机理为以初生态的还原性【H】自催化还原的沉积过程,镍的生长方式是以垂直于界面的生长速度小于平行于界面方向的生长速度的胞状三维方式生长。


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