热处理工艺对化学镀层耐蚀性的影响范文

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化学镀Ni-Cu-P镀层具有较好的磁性、导电性、磨蚀及耐腐蚀等性质，被广泛地应用于石油化工、机械和汽车等领域，但随着其服役条件变得越来越苛刻，实际工况对其性能提出了更高的要求。本文设计3种不同Ni-Cu-P化学镀层的热处理工艺，研究了热处理对镀层组织结构及耐蚀的影响，以期进一步提高镀层耐蚀性。

1试验材料及方法

1.1镀层的制备以10号钢为基材，尺寸为15mm×15mm×5mm。工艺流程打磨→碱洗除油→水洗→活化→水洗→化学镀→水洗→吹干。其中除油碱液成分为30g/LNaOH+30g/LNa3PO4+40g/LNa2SiO3，除油温度85℃，时间30min；活化用10%H2SO4，时间15s。化学镀液组成为28g/LNiSO4•6H2O+30g/LNaH2PO2•H2O+20ml/L络合剂A+16g/L络合剂B+1g/LCuSO4•5H2O，pH=5.5，施镀温度90℃，施镀时间1h。

1.2热处理及表征镀层热处理工艺为200℃保温1h、300℃保温30min和400℃保温15min，空冷。采用XRD分析镀层的物相，PAR2273电化学工作站测试动电位极化曲线及交流阻抗。镀态及热处理态的Ni-Cu-P镀层为工作电极，饱和甘汞(SCE)为参比电极，石墨为辅助电极。腐蚀介质为3.5%NaCl(wt%)溶液，试验温度25℃，扫描速率1mV/s，ZSimpWin3.10软件拟合数据。

2结果与讨论

2.1XRD物相分析图1为镀态及热处理态镀层的XRD图谱。可见，镀态镀层在θ=42°附近处出现弥散的衍射峰，表明镀层为非晶态结构。镀态镀层的晶格畸变较大，处于亚稳定状态，热处理会使组织向热力学稳定状态转变[8]。镀层经200℃保温1h后，图谱未发生显著变化，仅衍射峰的半高宽有小幅度下降，此时镀层仍为非晶态。在300℃保温30min后，出现了较尖锐的Ni-Cu固溶体和Ni3P衍射峰，这是因为随热处理温度的升高，原子的迁移距离变长，镀层中的各元素形成化合物[8]。此时衍射峰强度相对较低，说明镀层刚开始由非晶态向晶态转变。在400℃保温15min后，对比300℃的XRD图谱。可以看出，衍射峰强度明显增强，表明镀层晶粒长大、粗化，表面晶化过程基本完成。

2.2动电位极化曲线测量图2为镀态及热处理态镀层在3.5%NaCL溶液中的动电位极化曲线。可以看出，各条极化曲线变化趋势相似。对极化曲线的拟合结果表明，热处理使镀层的自腐蚀电位Ecoor正移，自腐蚀电流icoor减小，且随热处理温度升高，icoor呈先下降后上升的趋势。其中，镀态镀层的icoor最大为8.6×10-5A，采用300℃热处理工艺镀层的icoor最小为1.1×10-5A。根据法拉第定律，icoor与腐蚀速度成正比，icoor越小腐蚀速率越低。因此，在3.5%NaCl溶液中经300℃热处理镀层的腐蚀速率最低，耐蚀性最好。

2.3交流阻抗测试图3为镀态及热处理态镀层在3.5%NaCL溶液中的Nyquist曲线。可看出，热处理前后镀层均表现为容抗弧，容抗弧表征着电化学溶解速率的传递电阻[9]。热处理后容抗弧直径明显增大。表明热处理使镀层获得了更好的耐蚀性[10]。其中，采用300℃热处理，镀层的容抗弧直径最大，表明此时镀层耐蚀性最好。采用RS(QRct)等效电路对Nyquist曲线进行数值拟合，其中，Rs为溶液电阻，Q为镀层与腐蚀介质间的双电层电容，Rct为电荷转移电阻。Rct是反映镀层耐蚀性的重要参数，其数值越大，镀层耐蚀性越好[11]。结果表明：采用300℃热处理，镀层的Rct值最大，即耐蚀性最好，这与极化曲线的实验结果相一致。通过极化曲线及交流阻抗等电化学测试方法测得实验数据表明，热处理能够提高镀层的耐蚀性，且经300℃热处理的镀层的耐蚀性最佳。这是因为：热处理改变了镀层的组织构成，提高了其耐蚀性。200℃的热处理消除了镀层中的内应力，释放了镀层中的氢，镀层变得更为致密，从而有助于提高镀层的耐蚀性[12]。300℃的热处理使镀层开始晶化，并有Ni-Cu固溶体和Ni3P析出相。晶化会产生缺陷，Ni3P相的析出会降低镀层的磷含量，并与基体形成以Ni3P相为阴极的腐蚀微电池[12]，降低镀层的耐蚀性。但与Ni3P同时析出的Ni-Cu固溶体则大大的提高了镀层的耐蚀性[8]。此外，此时镀层仅是开始由非晶态相晶态转变，晶化过程远未完成。综合以上影响因素，镀层的耐蚀性得到提高。镀层经400℃×15min热处理后，镀层完全晶化，Ni-Cu固溶体减少，镀层中产生更多的晶界以及晶体缺陷，微电池数量增加，腐蚀速度加快，耐蚀性降低。

3结论

(1)对比热处理前后极化曲线及交流阻抗可发现，热处理后镀层的自腐蚀电位正向移动，腐蚀电流密度减小，阻抗弧直径增大，电荷转移电阻增大。说明热处理态镀层耐蚀性优于镀态。(2)随热处理温度的升高，自腐蚀电流呈先上升后下降的趋势，采用300℃×30min热处理得到的镀层腐蚀电流密度最小，交流阻抗及拟合得到的电荷转移电阻与极化曲线实验结果一致，说明经此种热处理工艺热处理的镀层耐蚀性最佳。

作者：徐明 胡传顺 王洪志 单位：辽宁石油化工大学 机械工程学院 中国石油管道公司 沈阳龙昌管道检测中心