不锈钢表面耐蚀性Pd-Ni膜层制备及其耐蚀机理研究

摘要

不锈钢表面有一层致密的耐蚀性钝化膜，在自然环境中具有良好耐蚀性。但是在高温强还原性介质中由于钝化膜被破坏，不锈钢发生强烈腐蚀，前人在不锈钢表面电镀一层Pd系膜层对基体起到了良好保护作用。在膜层实际服役过程中溶液存在流动以及含有侵蚀性离子Cl-，会使膜层的服役性能下降。论文通过制备多层Pd-Ni膜层，提高了Pd-Ni膜层的耐蚀性，并对Pd-Ni膜层的耐蚀机理进行了初步研究。
　　本文采用SEM、EDS分析了电流密度对Pd-Ni膜层形貌及元素含量的影响，通过XRD分析了电流密度对膜层晶粒大小及晶面取向影响。利用孔隙率、内应力、显微硬度、接触角、结合强度、腐蚀浸泡、动电位极化曲线、电化学阻抗等手段评价了电流密度对膜层各项性能影响。
　　电流密度在0.8～1.5 A/dm2范围内，Pd-Ni膜层表现出更好的耐蚀性，电流密度较低(0.4、0.6 A/dm2)或者过高（2.0、4.0 A/dm2）膜层耐蚀性下降。电流密度为1.2 A/dm2时表面膜层与基体之间结合强度最高，达到4.81 MPa;电流密度为1.5 A/dm2时表面膜层显微硬度最高，达到453.8 HV。
　　在单一镀槽中，通过控制电流密度设计制备了七种多层Pd-Ni膜层。多层Pd-Ni膜层相比单层Pd-Ni膜层具有更加的优异性能，膜层浸泡后结合强度由3.25 MPa提高至4.13 MPa，浸泡后孔隙率由11.75/cm2下降至2.75/cm2，膜层显微硬度、内应力等性能有明显改善。在85℃20％H2SO4+200 ppm Cl-+520 rpm搅拌的强腐蚀溶液中，多层Pd-Ni膜层相比单层Pd-Ni膜层腐蚀速率由0.043 g·m-2·h-1最低下降至0.013 g·m-2·h-1。
　　不锈钢表面电镀Pd、Pd-Ni合金膜层后，在强还原性腐蚀环境中不锈钢腐蚀电位被明显提高，处于自身的钝化区间。与镀钯膜层相连不同面积的不锈钢，促进不锈钢钝化后生成的钝化膜耐蚀性不同，膜层中Cr(OH)3含量由5.79％提升至52.75％、Fe3O4含量由13.04％提高至30％左右，提高了钝化膜的稳定性和保护性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 不锈钢

1．2 不锈钢的耐蚀性

1．3 不锈钢在硫酸环境中的腐蚀

1．4 不锈钢的保护

1．4．1 电化学保护技术

1．4．2 表面添加合金元素

1．4．3 表面有机涂层涂覆

1．4．4 不锈钢表面改性

1．4．5 不锈钢表面电镀

1．5 多层镀层制备

1．6 钯系合金膜层制备

1．7 论文的研究内容及研究意义

第二章 实验材料、制备工艺及检测分析方法

2．1 实验所需材料

2．1．1 实验药品

2．1．2 电镀基体材料

2．2 实验样品制备方法步骤

2．2．1 材料前处理工艺

2．2．2 不锈钢表面电沉积Pd-Ni膜层

2．3 膜层性能测试

2．3．1 膜层在腐蚀溶液浸泡前后结合强度测试

2．3．2 接触角测试

2．3．3 显微硬度测试

2．3．4 膜层在腐蚀溶液中浸泡前后孔隙率测试

2．3．5 膜层内应力测试

2．3．6 电镀膜层表面形貌与成分分析

2．3．7 电镀膜层耐蚀性分析

2．3．8 电偶实验

2．3．9 钝化膜半导体性能测试

第三章 电流密度对Pd-Ni镀层性能影响

3．1 电流密度对表面形貌影响

3．1．1 Pd-Ni镀层表面金相形貌

3．1．2 Pd-Ni镀层表面SEM形貌观察

3．2 电流密度对元素含量影响

3．3 电流密度对Pd-Ni膜层晶粒大小及择优取向影响

3．4 电流密度对镀层厚度影响

3．5 电流密度对镀层内应力影响

3．6 电流密度对镀层硬度影响

3．7 电流密度对结合强度影响

3．8 电流密度对接触角大小影响

3．9 电流密度对孔隙率影响

3．10 电流密度对耐蚀性影响

3．10．1 不同Pd-Ni膜层在85℃20％H2SO4环境中耐蚀性

3．10．2 不同Pd-Ni膜层在85℃20％H2SO4+200 ppm Cl-环境中耐蚀性

3．10．3 不同Pd-Ni膜层在85℃20％H2SO4+200 ppm Cl-+520 rpm环境中耐蚀性

3．11 本章小结

第四章 多层Pd-Ni膜层的设计与制备

4．1 电镀时间的选择

4．1．1 电镀时间对膜层厚度影响

4．1．2 电镀时间对膜层表面形貌及孔隙率影响

4．2 多层Pd-Ni合金膜层层数的影响

4．2．1 膜层层数对膜层孔隙率影响

4．2．2 膜层数对耐蚀性影响

4．3 多层Pd-Ni膜层的设计

4．4 多层Pd-Ni膜层内应力

4．5 多层Pd-Ni膜层硬度

4．6 多层Pd-Ni膜层孔隙率

4．7 多层Pd-Ni膜层结合强度

4．8 多层Pd-Ni膜层形貌及元素含量变化

4．9 多层Pd-Ni膜层耐蚀性

4．9．1 交流阻抗测试

4．9．2 动电位极化曲线

4．9．3 腐蚀挂片试验

4．10 本章小结

第五章 Pd-Ni及Pd膜促进不锈钢表面钝化研究

5．1 不锈钢表面电镀不同面积比Pd-Ni膜层电位监测

5．2 不锈钢表面电镀钯膜与钯-镍膜层

5．2．1 不锈钢电镀Pd、Pd-Ni表面形貌

5．2．2 不锈钢电镀Pd、Pd-Ni膜层结构

5．2．3 不锈钢电镀Pd、Pd-Ni膜层耐蚀性

5．3 电位监测

5．4 不同状态钝化膜表面元素分析

5．4．1 不同面积比生成钝化膜表面元素分析

5．4．2 相同面积比不同电位时钝化膜表面元素分析

5．5 不同状态钝化膜EIS分析

5．5．1 不同面积比生成钝化膜EIS分析

5．5．2 相同面积比不同电位时钝化膜EIS分析

5．6 不同状态钝化膜M-S曲线

5．6．1 不同面积比生成钝化膜EIS分析

5．6．2 相同面积比不同电位时钝化膜M-S分析

5．7 本章小结

第六章 总结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

作者和导师简介