脉冲喷射电沉积纳米晶镍镀层耐腐蚀性能研究

摘要

近年来，晶粒尺寸小于100nm的纳米晶体材料受到了广泛的关注。由于非常小的晶粒尺寸和高的界面体积分数，与普通微晶材料相比，纳米晶体材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能，已成为目前材料领域中的一个研究热点。特别是，如何实现纳米晶材料的应用及产业化一直是人们关注的焦点。在众多的纳米晶材料的制备方法中，电沉积法被认为是一种极具优势的制备方法，不仅可以实现单质、二元、多元及复合纳米材料的电沉积，而且容易实现从实验室到产业化生产的转化。如，脉冲喷射电沉积技术用于制备和产业化生产纳米晶体材料是一种非常值得研究和开发的生产工艺，具有广阔的应用前景。而对纳米晶材料材料性能的研究，如腐蚀性能、力学性能、磁学性能等，作为人们深入了解纳米晶材料特殊结构和优异性能的一种途径，一直是纳米晶材料研究的主要内容之一。 覆镍深冲钢带是一种将金属镍电沉积在低碳钢带上，经过特殊优化处理的新型高性能电池外壳材料。将脉冲喷射电沉积纳米晶镍镀层应用于覆镍深冲钢带，不仅能提高其性能，特别是抗点蚀的能力，而且可以提高其生产效率，降低成本，并进一步扩大其使用范围。 本文的研究工作分为两个部分。在第一部分工作中，我们依据脉冲喷射电沉积制备纳米晶材料的原理，配合传动系统，自行设计了一套纳米晶镍连续脉冲喷射电沉积装置，并利用这套装置制备出了纳米晶镍镀层。在第二部分工作中，我们对纳米晶镍镀层的热稳定性，以及主要电沉积工艺参数和影响因素，如：沉积电流密度、退火温度等对纳米晶镍镀层耐腐蚀性能的影响进行了探讨，并比较了退火处理后纳米晶镍镀层与覆镍深冲钢带耐腐蚀性能的差异。 在本文第一章中，首先介绍了本课题的相关研究背景和研究现状，并叙述本课题的选题依据。在第二章中，阐述了脉冲喷射电沉积技术提高沉积速率和细化晶粒的原理，详细介绍了纳米晶镍连续脉冲喷射电沉积装置的设计原理、组成结构及特点，并利用这套装置制备出了纳米晶镍镀层材料，讨论了沉积电流密度对镀层表面形貌、织构的影响。在第三章中，我们利用脉冲喷射电沉积，通过改变沉积电流密度得到了一系列纳米晶镍镀层，研究并讨论了不同沉积电流密度对纳米晶镍镀层耐腐蚀性能的影响。在第四章中，我们首先利用DSC热差分析，探讨了纯纳米晶镍箔的热稳定性，并根据DSC曲线结果，我们选择不同温度点对纳米晶镍镀层进行快速退火处理，利用XRD、SEM、STM技术分析了镀层的微观结构和表面形貌。从晶粒长大、界面扩散结构等方面讨论了退火对纳米晶镍镀层耐腐蚀性能的影响。最后，从耐腐蚀性能的角度探讨了纳米晶镍镀层替代覆镍深冲钢带的可行性。