2024Al表面Ni-P-TiC与Ni-P/Cr-C耐蚀导电涂层的制备与性能研究

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质子交换膜燃料电池内双极板严苛的工作环境使得金属双极板极易发生腐蚀失效而应用受限。面对这一情况,本文旨在AA2024铝合金表面用化学镀的方法构建Ni-P-Ti C涂层,用化学镀加电沉积的方法构建Ni-P/Cr-C涂层,通过对不同工艺参数的调节来让双极板具有更好的耐蚀性能与导电性能。Ni-P-Ti C涂层体系的研究结果表明,Ni-P-Ti C涂层表面是由Ni-P球型颗粒以及Ti C纳米颗粒构成。涂层的存在极大的提高了样品的耐腐蚀性,尤其降低了其+0.6V与-0.1V下的工作电流密度。Ti C纳米颗粒浓度、次磷酸钠浓度和施镀时间这三个参数会对涂层的微观形貌与耐蚀导电性能产生影响。增加电解液中Ti C纳米颗粒引入量会显著改善涂层的导电性能,而更多的次磷酸钠会让极化曲线的阳极分支向着电流密度减小的方向移动。延长施镀时间让涂层变厚且得更加致密。通过实验得到的最佳工艺参数为:Ti C纳米颗粒浓度2g/L,次磷酸钠浓度40g/L,施镀时间90min。其腐蚀电流密度达到1.56×10-5 A/cm~2,+0.6V的工作电位电流密度从基体的10-3数量级降低到10-4数量级,-0.1V的工作电位电流密度从基体的10-3数量级降低到10-5数量级,接触电阻降低至基体的22%。Ni-P/Cr-C涂层体系的研究结果表明,Ni-P/Cr-C涂层表面由Ni-P球型颗粒以及透明的鳞片状Cr-C颗粒构成。涂层的存在极大的提高了样品的耐腐蚀性,降低腐蚀电流密度以及+0.6V与-0.1V下的工作电流密度。电沉积电流密度、电沉积时间和氯化铬浓度这三个参数会对涂层的微观形貌、耐蚀性能和导电性能产生影响。提高电沉积电流密度会使样品的最终稳定电压降低,延长电沉积时间使涂层变厚更加致密。氯化铬浓度的降低会让涂层中的铬元素变多,从而使得涂层的耐腐蚀性能与导电性能得到提高。通过实验得到的最佳工艺参数为:沉积电流密度12.5A/dm~2,电沉积时间60min,氯化铬浓度0.1mol/L。其腐蚀电流密度达到1.30×10-6 A/cm~2,+0.6V的工作电位电流密度从基体的10-3数量级降低到10-4数量级,-0.1V的工作电位电流密度从基体的10-3数量级降低到10-6数量级,接触电阻降低至基体的22%。
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