一种通过热处理提高纳米晶镍腐蚀性能的方法

摘要

本发明公开一种通过热处理提高纳米晶镍腐蚀性能的方法，属于金属材料加工技术领域。本发明所述方法采用直流电沉积法，以铜片为阴极，纯镍为阳极，制备纳米晶镍，并且在不同温度下对电沉积制备的纳米晶镍进行热处理；经过热处理以后的纳米晶镍的尺寸没有明显的增大，纳米晶镍的择优取向发生了改变，在纳米晶镍的表面高密度的界面，为钝化膜的形成提供了足够多的形核点，形成了稳定的钝化膜；而且材料的内应力得到充分的释放，将改变材料的“自由能状态”，提高了材料表面的功函数，降低了材料内部位错和晶界密度，减小扩散速率，减小了钝化膜的溶解速度，使获得的材料相比于未退火的纳米晶镍耐腐蚀性能有较大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过热处理提高纳米晶镍腐蚀性能的方法，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

纳米材料是一种不同于晶态和非晶态的材料的固体材料，由于纳米材料晶粒细小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达50%，纳米材料的这种特殊结构导致其不同于传统材料的物理化学性能。纳米晶镍具有高强度，高硬度，较好耐腐蚀性能，通常运用在车辆、电池、电子印刷等工业领域。

运用非晶晶化，机械研磨，电沉积的等方法制备出纳米晶镍。运用以上方法制备纳米晶镍的过程中，会引入晶格畸变，内应力、织构变化，晶格畸变和内引力会增加材料的激活能，导致材料的表层氧化膜的溶解速度快于形成速度，使材料的腐蚀性能恶化。但是制备纳米晶镍时，会产生大量的（200）织构，（200）织构的能量较大，会导致纳米晶镍的腐蚀性能变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过热处理提高纳米晶镍腐蚀性能的方法，该方法利用电沉积工艺，以纯镍为阳极，铜片为阴极进行电沉积；制备纳米晶镍，并且在不同温度下对电沉积制备的纳米晶镍进行热处理，经过退火以后纳米晶镍的择优取向发生了改变，改变纳米晶镍的织构，并且使纳米晶镍的腐蚀性能有较大的改善，具体包括以下步骤：

（1）配制电沉积镍溶液，备用。

（2）对阴极和阳极进行预处理，备用。

（3）在电沉积开始之前，将装有沉积液、阴极和阳极的容器放入温度为45℃~50℃的水浴锅中保温，使温度保持均匀，接通电源后，采用直流电流在阴极板上沉积，整个施沉积过程参数保持不变。

（4）步骤（3）所得样品清洗干净后吹干，去除阴极板，后得到具有纳米晶镍金属材料。

（5）步骤（4）所得样品经过退火处理得到所需材料，退火条件为：100~400℃，退火0.5~1h。随着退火温度的增加，形成不同状态的纳米晶镍；适当的退火温度和退火时间可以充分释放内应力减小激活能，减慢腐蚀速度，使材料的耐腐蚀性能变好。

优选的，本发明所述电沉积镍溶液为氨基磺酸型镍沉积液或者瓦特型镍沉积液，其中，氨基磺酸盐体系镍沉积液具体成分为：Ni（NH

优选的，本发明所述步骤中（2）中所述阴极为铜片或者不锈钢片，沉积前对其表面进行打磨清洗及酸洗处理，其中阴极的厚度为0.25mm~0.30mm。

优选的，本发明步骤中（2）中所述阳极为纯镍，沉积前对其表面进行打磨及清洗处理，其中纯镍的纯度≥99.99%。

优选的，步骤（3）中铜片沉积镍过程中直流电流密度为2A/dm

本发明所用试剂均为分析纯，电沉积溶液采用去离子水配置。

本发明的有益效果为：

本发明所述方法运用电沉积的方法制备纳米晶镍，电沉积纳米晶镍经过热处理得到不同状态的纳米晶镍，经过热处理以后的纳米晶镍的尺寸没有明显的增大，纳米晶镍的择优取向发生了改变，在纳米晶镍的表面高密度的界面，为钝化膜的形成提供了足够多的形核点，形成了稳定的钝化膜；而且材料的内应力得到充分的释放，将改变材料的“自由能状态”，提高了材料表面的功函数，降低了材料内部位错和晶界密度，减小扩散速率，减小了钝化膜的溶解速度，使纳米晶镍的耐腐蚀性能更好。

附图说明

图1为各实施例制得的退火纳米晶镍和沉积态纳米晶镍的XRD曲线比较。

图2为各实施例制得的退火纳米晶镍和沉积态纳米晶镍的Tafel极化曲线比较。

图3为各实施例制得的退火纳米晶镍和沉积态纳米晶镍的Nyquist阻抗比较。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

（1）将厚度为0.26mm的铜片进行沉积前处理：用砂纸打磨至光亮，打磨所用砂纸的型号顺序依次为180#、240#、400#、800#、1200#、2000#，清水冲洗后，置于去离子水中超声清洗15min，酸洗5min（盐酸5ml/L），铜片与电源负极相连，阳极采用纯镍板（纯度为99.99 wt%），经打磨、清洗及裹缠纱布后与电源正极相连。

（2）配制沉积液：沉积液配方为Ni（NH

（3）在沉积开始之前，将装有沉积溶液、阴极和阳极的容器放入温度为50℃的水浴锅中保温，使温度保持均匀，接通电源后采用直流电流在阴极板上沉积，其中直流电流的电流密度为2.0A/dm

（4）步骤（3）所得样品清洗干净后吹干，去除阴极板，得到纳米晶镍金属材料。

（5）步骤（4）所得样品经过200℃退火0.5h得到的热处理后的纳米晶镍。

经过计算，经过200℃退火0.5h得到的纳米晶镍的(200)晶向强度与(111)晶向强度的比值I(200)/I(111)=0.58，自腐蚀电位为-0.290V，自腐蚀电流为6.72×10

本实施例中材料的择优取向发生改变，从(200)晶向转变为(111)晶向，自腐蚀电位增大、自腐蚀电流减小，电荷转移电阻变大，材料表面原子得失电子变难，原子稳定性变高，平均腐蚀速率减小，耐腐蚀性能增强。

实施例2

（1）将厚度为0.26mm的铜片进行沉积前处理：用砂纸打磨至光亮，打磨所用砂纸的型号顺序依次为180#、240#、400#、800#、1200#、2000#，清水冲洗后，置于去离子水中超声清洗15min，酸洗5min（盐酸5ml/L），铜片与电源负极相连，阳极采用纯镍板（纯度为99.99 wt%），经打磨、清洗及裹缠纱布后与电源正极相连。

（2）配制沉积液：沉积液配方为Ni（NH

（3）在沉积开始之前，将装有沉积溶液、阴极和阳极的容器放入温度为50℃的水浴锅中保温，使温度保持均匀，接通电源后采用直流电流在阴极板上沉积，其中直流电流的电流密度为2.0A/dm

（4）步骤（3）所得样品清洗干净后吹干，去除阴极板，得到纳米晶镍金属材料。

（5）步骤（4）所得样品经过300℃退火0.5h得到热处理后的纳米晶镍。

经过计算，经过300℃退火0.5h得到的纳米晶镍的(200)晶向强度与(111)晶向强度的比值I(200)/I(111)=0.16，自腐蚀电位为-0.316V，自腐蚀电流为5.93×10

本实施例中材料的择优取向发生改变，从(200)晶向转变为(111)晶向，自腐蚀电位变小，自腐蚀电流基本变小，电荷转移电阻变大，材料表面原子得失电子变难，原子稳定性变高，平均腐蚀速率减小，耐腐蚀性能增强。

实施例3

（1）将厚度为0.26mm的铜片进行沉积前处理：用砂纸打磨至光亮，打磨所用砂纸的型号顺序依次为180#、240#、400#、800#、1200#、2000#，清水冲洗后，置于去离子水中超声清洗15min，酸洗5min（盐酸5ml/L），铜片与电源负极相连，阳极采用纯镍板（纯度为99.99 wt%），经打磨、清洗及裹缠纱布后与电源正极相连。

（2）配制沉积液：沉积液配方为Ni（NH

（3）在沉积开始之前，将装有沉积溶液、阴极和阳极的容器放入温度为50℃的水浴锅中保温，使温度保持均匀，接通电源后采用直流电流在阴极板上沉积，其中直流电流的电流密度为2.0A/dm

（4）步骤（3）所得样品清洗干净后吹干，去除阴极板，得到纳米晶镍金属材料。

（5）步骤（4）所得样品经过400℃退火0.5h得到热处理后的纳米晶镍。

经过计算，经过400℃退火0.5h得到的纳米晶镍的(200)晶向强度与(111)晶向强度的比值I(200)/I(111)=0.13，自腐蚀电位为-0.339V，自腐蚀电流为3.71×10

本实施例中材料的择优取向发生改变，从(200)晶向转变为(111)晶向，自腐蚀电位变小，自腐蚀电流变小，电荷转移电阻变大，材料表面表面原子得失电子变难，原子稳定性变高，平均腐蚀速率减小，耐腐蚀性能增强。