铜表面铜镍合金的制备及腐蚀性能研究

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铜是常用的工程材料之一,在现代工业中因其良好的导电、导热、化学稳定性而应用在众多领域中。但是在海洋领域中海水中的氯离子使得这种广泛应用抗蚀效果不错的金属受到强烈的腐蚀,铜金属在海洋工程中受到很大的限制,很难被进一步的应用。铜镍合金具有很多优异的性质尤其是良好的抗蚀性能在海洋工程领域占据重要地位,因为铜镍合金制备设备要求严格,操作环境复杂,也未能发挥出应有的作用。电沉积是最近比较新颖的方法,电沉积设备简单,操作容易,且能够实现合金精确的组分控制。如果能够通过电沉积方法在纯铜表面制备纳米结构的铜镍合金膜层,那么就能最大限度的的提高纯铜的应用,改善纯铜的性能,又能节约成本,使其在海洋领域中得到更多的应用。本文就这一原理通过电沉积法在纯铜表面制备了不同组分的铜镍合金膜层,以期获得表面具有合金层的纯铜材料。同时通过热处理改善膜层的质量提高膜层的抗蚀性能,同时调节参数以期获得最佳热处理参数。本文首先对主要两种络合剂的络合能力进行了探讨,在循环伏安测试(CV)下预测铜镍合金的沉积电位及沉积电流。在不同的沉积电流密度下的X射线衍射(XRD)测试可知成功的制备出不同比例的铜镍合金。通过扫描电镜(SEM)分析纯铜表面的铜镍合金颗粒为纳米级别,紧密堆积,沉积电流密度较大(25mA/cm2)的时候表面隐约可见一些孔洞存在。在3.5wt%的模拟海水中电化学测试得到制备的铜镍合金显示了较裸铜优异的抗蚀性能及抗电子转移的能力,能谱(EDS)测试得到了不同沉积电流下的铜镍组分,并且可知镍的含量为30%左右沉积电流密度为15mA/cm2综合性能最佳。通过氮气氛围下对制备的铜镍合金进行了后期热处理,300度热处理扫描电镜显示颗粒发生团聚,小颗粒凝聚成大颗粒,不同的团簇体之间夹杂着未团聚的小颗粒。不同热处理温度的电化学测试表征得到100度以下时性能较制备的最佳铜镍合金的抗蚀性能提高,当热处理温度为200度时,抗蚀效果与制备的铜镍合金膜层齐平,但是热处理温度继续增加的话,抗蚀性能下降明显,甚至低于裸铜。通过循环伏安多次扫描可知影响性能下降的主要原因是热处理之后膜层的稳定性降低。最后探索了不同手段处理的铜镍合金在高温下的模拟海水中的腐蚀情况,未热处理的铜镍合金对温度比较敏感,高温下抗蚀性能下降明显,当膜层经过适宜的热处理之后膜层的高温抗蚀性能较之前有一定的提高。该文章初步探索了铜镍合金的制备条件及热处理优化方案工艺参数,且通过电化学测试表征其具有较裸铜优良的抗蚀性能,如果将其进行进一步的探索优化,会在海洋防腐蚀领域得到很大的应用。
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