李建芳， 周言敏

（重庆电子工程职业学院 应用电子学院，重庆 401331）

工艺参数对Ni-SiO2镀层耐蚀性的影响

李建芳， 周言敏

（重庆电子工程职业学院 应用电子学院，重庆 401331）

在超声波环境中电沉积制备Ni-SiO2镀层。选取腐蚀速率作为指标，系统地研究了工艺参数对Ni-SiO2镀层耐蚀性的影响。结果表明：Ni-SiO2镀层的腐蚀速率随电流密度的增加和施镀时间的延长大幅增大，随镀液温度的升高微幅增大，但随超声波功率的增大先减小后增大。在超声波功率380W，电流密度3A/dm2，镀液温度40℃，施镀时间10min的条件下，制备的Ni-SiO2镀层表现出优良的耐蚀性，在质量分数为15%的HCl溶液中的腐蚀速率为0.01mg/（mm2·d）。

耐蚀性；镀层；Ni-SiO2；工艺参数

0 前言

复合镀层以其优良的综合性能而备受人们关注。耐蚀性作为评价复合镀层化学性能的参考指标，自然也成为研究的热点。Bogdan等［1］、Vaezi等［2］和吴俊升等［3］相应考察了电沉积镍基复合镀层在不同腐蚀介质中的耐蚀性。Li等［4］选用质量分数为3.5%的NaCl溶液作为腐蚀介质，研究了电沉积镍基复合镀层的耐蚀性。谭俊等［5］则对电沉积镍基复合镀层在质量分数为5%的HCl溶液中的耐蚀性进行了评价。除了镍基复合镀层外，李召伟等［6］和侯莹［7］还分别考察了锌基复合镀层和铜基复合镀层的耐蚀性。另外，Shi等［8］、Chang等［9］还分别研究了电沉积多元金属基复合镀层的耐蚀性。

融合空化冲击效应和振荡搅拌效应的超声波电沉积工艺，已被证实在改善复合镀层耐蚀性方面具有优势［10－11］。本文在超声波环境中电沉积制备Ni－SiO2镀层，并系统研究了超声波功率、电流密度、镀液温度和施镀时间对镀层耐蚀性的影响。

1 实验

1.1 实验流程

超声波电沉积所使用的镀液配方为：Ni（NH2SO3）2·4H2O 450g/L，NiCl2·6H2O 10 g/L，H3BO340g/L，pH 值3.8，SiO2（约为40nm）25g/L。电源选用IT6921型直流稳压电源。电沉积过程于H66025T型超声波清洗机的水浴槽中进行。工艺参数为：超声波功率0～500W，电流密度3～25A/dm2，镀液温度35～55 ℃，施镀时间10～40min。

1.2 耐蚀性评价

截取等面积的多种类型的Ni-SiO2镀层试样，在质量分数为15%的HCl溶液中腐蚀相同时间。以腐蚀速率（计算公式参见文献［12］）为指标，系统评价Ni-SiO2镀层的耐蚀性。镀层腐蚀质量损失用CPA225D型电子分析天平计量。为确保结果的准确性，腐蚀速率取三次测定结果的平均值。

2 结果与讨论

2.1 超声波功率的影响

在电流密度3A/dm2，镀液温度40℃，施镀时间10min的条件下，研究了超声波功率对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响，结果如图1所示。由图1可知：在0～380W的区间内，Ni-SiO2镀层的腐蚀速率随超声波功率的增大而减小。这表明在此区间内增大超声波功率，有利于增强Ni-SiO2镀层的耐蚀性。原因在于：超声波功率越大，其所起到的解聚效果就越好，镀液中散态纳米微粒的质量浓度也就越高，因而镀层中纳米微粒的质量分数相应提高。由于纳米微粒的排布占据及发挥的屏蔽效果，致使有效沉积面积减小，阴极过电位增大，新晶核的生成速率加快且成长空间受压缩，故晶粒渐趋细化，镀层组织愈加紧致，对腐蚀介质的隔离效果增强，渗透腐蚀过程受阻。而随着超声波功率的进一步增大（即380～500W 时），Ni-SiO2镀层的腐蚀速率不再减小，反而有所增大。这可能是由于正反两方面的因素协同作用所致：一方面，微射流搅拌效果增强，黏附于阴极表面的微粒量增多，理论上有利于提高镀层中纳米微粒的质量分数，进而改善镀层的织构；另一方面，强冲击冲刷效应致使大部分黏附但尚未嵌合牢固的微粒脱附，重新回到镀液中，造成镀层中纳米微粒的质量分数降低。

图1 超声波功率对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响

2.2 电流密度的影响

在超声波功率380W，镀液温度40℃，施镀时间10min的条件下，研究了电流密度对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响，结果如图2所示。由图2可知：腐蚀速率随电流密度的增加基本呈增大趋势。原因可以归结为：电流密度较低（3～6A/dm2）时，共沉积进程缓慢，结晶环境较为稳定，并且基质金属形核过程及晶体转移排列过程较为顺畅，镀层结构较致密，故耐蚀性较好；随着电流密度的增加，微粒被完全包覆的周期缩短，意味着单位时间内埋入镀层中的微粒增多，有利于改善组织结构，增强镀层的耐蚀性；但当电流密度增至一定限度时，微粒的埋填包覆难及基质金属沉积的步伐，从而导致镀层中纳米微粒的质量分数降低，组织结构呈弱化趋势，耐蚀性变差。

图2 电流密度对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响

2.3 镀液温度的影响

在超声波功率380W，电流密度3A/dm2，施镀时间10min的条件下，研究了镀液温度对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响，结果如图3所示。由图3可知：随着镀液温度的升高，腐蚀速率总体增大，但增幅相对较小。这反映出镀液温度对Ni-SiO2镀层耐蚀性的影响相对较弱。分析认为：温度升高，极间场力减小且镀液黏度降低，同时也会造成已吸附微粒的脱附，从而导致镀层中纳米微粒的质量分数下降，金属形核过程所受阻碍程度减弱，镀层结晶粗化且组织疏松，腐蚀速率增大。

图3 镀液温度对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响

2.4 施镀时间的影响

在超声波功率380W，电流密度3A/dm2，镀液温度40℃的条件下，研究了施镀时间对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响，结果如图4所示。由图4可知：在不影响实验测定评价的前提下，施镀时间短，制得的Ni-SiO2镀层的耐蚀性好。这是因为施镀时间短，尤其是电沉积过程开始的较短周期，虽然镀层较薄（施镀时间近似正比于镀层厚度），但其中纳米微粒的质量分数相当高，因施镀前阴极表面的微凹坑与缝隙处原来已黏附一定量的微粒。由于纳米微粒的弥散错位，致使镀层结晶细致，呈现出较好的耐蚀性。随着镀层增厚，尽管纳米微粒的质量分数升高，但起到的细晶强化和密实组织效果可能逐渐减弱，造成镀层的耐蚀性呈削弱态势。

图4 施镀时间对Ni-SiO2镀层腐蚀速率的影响

3 结论

（1）Ni-SiO2镀层的腐蚀速率随电流密度的增加和施镀时间的延长大幅增大，随镀液温度的升高微幅增大，但随超声波功率的增大先减小后增大。

（2）在超声波功率380W，电流密度3A/dm2，镀液温度40℃，施镀时间10min的条件下，制备的Ni-SiO2镀层的耐蚀性优良，在质量分数为15%的HCl溶液中的腐蚀速率为0.01mg/（mm2·d）。

：

［1］BOGDAN S， MALGORZATA K.Composite Ni/Al2O3coatings and their corrosion resistance［J］.Electrochimica Acta，2005，50（20）：4 188-4 195.

［2］VAEZI M R， SADRNEZHAAD S K， NIKZAD L.Electrodeposition of Ni-SiC nano-composite coatings and evaluation of wear and corrosion resistance and electroplating characteristics［J］.Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2008，315（1）：176-182.

［3］吴俊升，李晓刚，孔明，等.SiC颗粒尺寸对镍基复合镀层耐磨性和耐蚀性的影响［J］.中国有色金属学报，2010，20（1）：125-131.

［4］LI Q，YANG X K，ZHANG L，et al.Corrosion resistance and mechanical properties of pulse electrodeposited Ni-TiO2composite coating for sintered NdFeB magnet［J］.Journal of Alloys and Compounds，2009，482（1）：339-344.

［5］谭俊，郭文才，徐滨士，等.脉冲换向电刷镀镍基纳米SiO2复合镀层的耐腐蚀性能研究［J］.中国腐蚀与防护学报，2006，26（4）：193-196.

［6］李召伟，何明奕，王胜民，等.机械镀Zn-Ti复合镀层的性能［J］.表面技术，2008，37（6）：54-56.

［7］侯莹.脉冲电沉积Cu/nanoAl2O3复合镀层制备、组织结构及其性能研究［D］.兰州：兰州理工大学，2010.

［8］SHI L，SUN C F，GAO P，et al.Mechanical properties and wear and corrosion resistance of electrodeposited Ni-Co/SiC nanocomposite coating［J］.Applied Surface Science，2008，252（10）：3 591-3 599.

［9］CHANG L M，AN M Z，GUO H F，et al.Microstructure and properties of Ni-Co/nano-Al2O3composite coatings by pulse reversal current electrodeposition［J］.Applied Surface Science，2006，253（4）：2 132-2 137.

［10］贾艳琴，宗贵龙，董允，等.电沉积Ni基合金及其复合镀层在10%H2SO4中的腐蚀磨损特性研究［J］.河北工业大学学报，2003，32（3）：34-40.

［11］陈艳芳，吴继龙，关鹏娜，等.搅拌速度对铝合金表面电镀Ni－SiC的影响［J］.热加工工艺，2011，40（6）：121-123.

［12］王利，吴玉程，舒霞，等.低碳钢上Ni-W-Al2O3纳米复合电镀层的耐腐蚀性能研究［J］.材料保护，2008，41（1）：17-19.

Ⅰnfluence of Technological Parameters on Corrosion Resistance of Ni-SiO2Coating

LⅠ Jian-fang， ZHOU Yan-min
（Application Electronic College，Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331，China）

The Ni-SiO2coating was prepared in an ultrasonic environment.The influence of technological parameters on the corrosion resistance of Ni-SiO2coating was systematically investigated with corrosion rate as index.The results show that the corrosion rate of Ni-SiO2coating increases evidently with the increasing of current density and the prolonging of electroplating time，increases slightly with the rising of electrolyte temperature，however it decreases first and then increases with the rising of ultrasound power.The Ni-SiO2coating obtained under the conditions of ultrasound power 380W，current density 3A/dm2，electrolyte temperature 40℃and electroplating time 10min shows an excellent corrosion resistance，and its corrosion rate in 15%HCl solution is 0.01mg/（mm2·d）.

corrosion resistance；coating；Ni-SiO2；technological parameters

重庆市科委自然科学基金计划资助项目（cstc2012jjA10129）

TQ 153

A

1000-4742（2014）03-0017-03

2013-10-18