铜表面镍基多元合金镀层的制备与耐蚀性研究

发布时间：2017-08-05 13:15

  本文关键词：铜表面镍基多元合金镀层的制备与耐蚀性研究

  更多相关文章： 接地材料 化学镀 脉冲电沉积 Ni-P镀层 Ni-Sn-P镀层 Ni-W-P镀层 耐蚀性能

【摘要】：接地网是电力系统正常运行的保障,近年来不断增加的电力系统容量对接地材料的耐蚀性能提出了更高要求。本文采用化学镀和脉冲电沉积方法在铜表面镀覆一层镍基合金镀层以提高铜接地材料在弱酸性(酸性)土壤介质中的耐蚀性能;采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱和室内埋片加速腐蚀试验等方法系统探讨了化学镀Ni-P、Ni-Sn-P及脉冲电沉积Ni-W-P、Ni-P四种合金镀层在p H为5.5、3.5wt.%Na Cl溶液和p H为5.5、含水量20 wt.%或50 wt.%土壤介质中的耐蚀性能。论文首先考察了化学镀非晶态Ni-P、Ni-Sn-P合金镀层对铜接地材料在弱酸性介质中的保护性能;系统探讨影响脉冲电沉积Ni-W-P合金镀层在酸性腐蚀介质中耐蚀性能的诸多工艺参数,优化出最佳工艺参数。最后研究了Mn SO_4·H_2O及La Cl_(3·x)H_2O对脉冲电沉积非晶态Ni-P合金镀层结构、组成及耐蚀性能的影响。论文的研究成果为铜接地材料表面镀层提供了多种可能选择,其主要研究成果如下:(1)化学镀非晶态Ni-P、Ni-Sn-P合金镀层在酸性Na Cl溶液中的自腐蚀电流密度及电荷转移电阻依次分别为:4.064μA/cm2、1.0458μA/cm2、17.54 kWcm2、25.14 kWcm2。研究发现,Sn元素的加入能有效降低合金镀层孔隙率,提高镀层耐蚀性能。Ni-P、Ni-Sn-P合金镀层的自腐蚀电位为-0.387 V和-0.281 V,较Cu的自腐蚀电位负,为阳极性镀层。p H为5.5、含水量20 wt.%的模拟土壤介质中的室温埋片的早期电化学阻抗谱测试结果和室内埋片加速腐蚀试验的结果表明:两种合金镀层在弱酸性土壤中均显示出远优于铜的耐蚀能力。(2)采用脉冲电沉积方法制备出耐蚀性优异的Ni-W-P合金镀层。通过对镀液p H、温度(T)、平均电流密度(im)及脉冲频率(f)等影响镀层结构及耐蚀性能的工艺参数的系统研究,得到脉冲电沉积Ni-W-P合金镀层的最佳制备工艺为:p H=2.0±0.1,T=60±2℃,im=3~5 A/dm2,f=600 Hz。所得Ni-W-P合金镀层在酸性Na Cl溶液中自腐蚀电流密度为0.6434μA/cm2,电荷转移电阻为67149Wcm2,在p H为5.5、含水量50 wt.%土壤中的自腐蚀电流密度为0.2126μA/cm2,电荷转移电阻为120.59 kWcm2,具有远优于铜在弱酸性介质中的防腐性能。(3)研究了Mn SO_4·H_2O及稀土La Cl_(3·x)H_2O对脉冲电沉积Ni-P合金镀层耐蚀性的影响:添加Mn SO_4·H_2O能提高Ni-P镀层中P元素的含量,降低镀层的自腐蚀电流密度、增大电荷转移电阻,同时降低镀层的自腐蚀电位,但Mn~(2+)并不发生沉积;加入La Cl_(3·x)H_2O能显著提高脉冲电沉积Ni-P合金镀层的耐蚀性能,随着La Cl_(3·x)H_2O浓度的增大,镀层的自腐蚀电位随之正移。当La Cl_(3·x)H_2O浓度为2.0 g/L时,镀层耐蚀性最佳,且相对铜为阳极性镀层。
【关键词】：接地材料 化学镀 脉冲电沉积 Ni-P镀层 Ni-Sn-P镀层 Ni-W-P镀层 耐蚀性能
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ153.2;TM862
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 接地网防土壤腐蚀研究现状12-13
• 1.1.1 接地网土壤腐蚀及防护12
• 1.1.2 接地网防土壤腐蚀涂覆层12-13
• 1.2 化学镀制备镍基合金镀层研究现状13-15
• 1.2.1 镍铜磷镀层14
• 1.2.2 镍锌磷镀层14-15
• 1.2.3 镍锡磷镀层15
• 1.3 电沉积制备镍基合金镀层研究现状15-23
• 1.3.1 镍磷镀层16-18
• 1.3.2 镍钼镀层18-19
• 1.3.3 镍锡镀层19-20
• 1.3.4 镍铜镀层20
• 1.3.5 镍锌镀层20-21
• 1.3.6 镍锰镀层21
• 1.3.7 镍钨镀层21-22
• 1.3.8 镍锡磷镀层22
• 1.3.9 镍钴磷镀层22-23
• 1.3.10 镍钨磷镀层23
• 1.4 本课题选择的意义与内容23-24
• 第2章 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P合金镀层在弱酸性介质中的耐蚀性研究24-37
• 2.1 前言24-25
• 2.2 实验药品及仪器25-26
• 2.3 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P合金镀层的制备及性能检测26-29
• 2.3.1 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P镀液配制26
• 2.3.2 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P合金镀层施镀工艺流程26-27
• 2.3.3 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P合金镀层形貌、组成及结构27
• 2.3.4 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P合金镀层耐蚀性27-29
• 2.4 结果与讨论29-36
• 2.4.1 化学镀Ni-P及Ni-Sn-P合金镀层形貌、组成及结构29-30
• 2.4.2 合金镀层在Na Cl溶液中的电化学性能30-32
• 2.4.3 合金镀层在土壤介质中的电化学性能32-35
• 2.4.4 室内埋片加速腐蚀试验35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 脉冲电沉积Ni-W-P合金镀层制备工艺及其耐蚀性研究37-55
• 3.1 前言37-38
• 3.2 实验药品及仪器38-39
• 3.3 脉冲电沉积Ni-W-P合金镀层的制备及性能检测39-41
• 3.3.1 Ni-W-P合金镀层制备工艺40
• 3.3.2 Ni-W-P合金镀层形貌、组成及结构测试40
• 3.3.3 Ni-W-P合金镀层耐蚀性测试40-41
• 3.4 结果与讨论41-53
• 3.4.1 p H对镀层组成结构、沉积速率及耐蚀性的影响41-44
• 3.4.2 温度对镀层组成结构、沉积速率及耐蚀性的影响44-46
• 3.4.3 im对镀层组成结构、沉积速率及耐蚀性的影响46-49
• 3.4.4 脉冲频率对镀层耐蚀性的影响49-51
• 3.4.5 最优工艺制备的Ni-W-P合金镀层形貌、元素组成及结构51-52
• 3.4.6 Ni-W-P合金镀层在土壤介质中的耐蚀性52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 MnSO_4·H_2O及LaCl_(3·x)H_2O对脉冲电沉积Ni-P镀层耐蚀性的影响55-64
• 4.1 前言55
• 4.2 实验药品及仪器55-56
• 4.3 脉冲电沉积Ni-P合金镀层的制备及耐蚀性能检测56-57
• 4.3.1 脉冲电沉积Ni-P合金镀层制备工艺56-57
• 4.3.2 添加Mn~(2+)或La~(3+)后Ni-P合金镀层形貌、组成及结构57
• 4.3.3 添加Mn~(2+)或La~(3+)后Ni-P合金镀层耐蚀性能57
• 4.4 结果与讨论57-62
• 4.4.1 MnSO_4·H_2O添加量对合金镀层组成及结构的影响57-58
• 4.4.2 MnSO_4·H_2O添加量对合金镀层耐蚀性的影响58-60
• 4.4.3 LaCl_(3·x)H_2O浓度对合金镀层耐蚀性的影响60-61
• 4.4.4 Ni-P合金镀层在土壤介质中的耐蚀性能61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录79-80
• 致谢80

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本文编号：625076