论文部分内容阅读
摘 要：本实验通过选取影响电沉积Co-Fe-P复合镀层的4个因素，设计了L16（44）正交试验方案，以极差法研究了各因素对镀层表面的影响，确定了最优工艺条件并利用极化曲线和交流阻抗实验加以证实。实验结果显示：当镀液主盐配比（CoSO4/7H2O/FeSO4/7H2O）为0.11/0.01、镀液pH为10、施镀温度为60℃、电流密度为25mA/dm2时，得到的Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能最佳。
关键词：Co-Fe-P复合镀层 制备 性能
中图分类号：TQ630.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0100-03
Co-Fe-P复合镀层具备很好的耐蚀能力，较高的导电性、良好的耐摩擦能力以及优良的软磁性能，已得到广泛应用[1]。与传统的Co-P硬磁合金相比，既保留了Co-P合金的优异磁学性能，还由于Fe元素的加入，改善了合金的导电性；与传统的Fe-P合金相比，既保留了Fe-P合金的良好的耐蚀性，还由于Co元素的加入，增强了合金的软磁性能。
近些年来，研究人员对化学镀方法制备Co-Fe-P复合镀层[2]、电镀方法制备Fe-Co-P复合镀层[3]都做了大量研究，但电镀方法制备Co-Fe-P复合镀层的性能研究却鲜有发表。
本研究采用电沉积镀覆的方式，利用正交实验的方法，研究了不同的主盐配比、pH、温度、电流密度对Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能的影响，为进一步改善合金的综合性能提供实验依据。
1 实验部分
1.1 制备方法
本实验采用4因素4水平正交实验[4]，不考虑交互作用，所选取的4个因素分别为镀液主盐配比，镀液pH，施镀温度，电流密度；每个因素选取4个水平，分别如下。镀液组成：主盐为CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O，总浓度为0.12mol/L，摩尔比例分别为0.11/0.01、0.10/0.02、0.09/0.03、0.08/0.04，0.3mol/L的NaH2PO2·2H2O，0.3mol/L的 Na3C6H5O7·2H2O，0.5mol/L的H3BO3，用NaOH调节pH值分别为7、8、9、10，电镀工艺条件：阴极电流密度分别为10、15、20、25mA/dm2，温度分别为40℃、50℃、60℃、70℃，镀覆时间为1h。
基体为50mm×10mm×2mm的Q235碳钢材料，基体需经过砂纸打磨、碱性除油、酸活化等前处理过程。电镀后所得的试样需经过水洗和吹干等后处理过程。
1.2 分析方法
利用CHI604D电化学工作站进行电化学试验[5，6]，采用三电极体系，以镀覆了Co-Fe-P复合镀层的Q235碳钢材料为工作电极，面积为1cm2，以Pt电极作辅助电极，以饱和甘汞电极作参比电极，先在浓度为3.5%NaCl溶液中测定不同镀层的开路电位，然后利用Tafel直线外推法测量镀层的自腐蚀电流和自腐蚀电位，并以此为依据讨论不同镀液配比和电镀工艺条件下Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能。
2 结果与讨论
2.1 正交试验结果分析
为了便于实验目标考核，本研究中以镀层在极化曲线实验中的自腐蚀电流作为正交试验考核目标，对镀层的耐腐蚀性能进行分析，表1为正交试验结果。
根据正交试验的结果可以看出：各工艺参数对镀层自腐蚀电流的影响的大小次序依次为，pH>电流密度>温度>镀液主盐配比；最佳的工艺水平：镀液主盐配比0.11/0.01或0.09/0.03，pH10或7，温度60℃，电流密度15mA/dm2。
2.2 极化曲线与交流阻抗实验结果分析
图1A是1、2、3、4号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。其中Ecorr为自腐蚀电位，Icorr为腐蚀电流，Rct为电荷转移电阻。由图可知，1、2、3、4号试样的极化曲线产生了钝化现象，4号试样的Ecorr最高，为-0.983V；Icorr最小，为0.2339mA/cm2；Rct最大，达到712Ω/cm2。说明4号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第一组试样中，4号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
图1B是5、6、7、10号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。由图可知，5、6、7、10号试样的极化曲线都产生了钝化现象，钝化区间相差不大，5号试样的Ecorr最高，为-1.003V；Icorr最小，为0.1545mA/cm2；Rct最大，达到17Ω/cm2。说明5号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第二组试样中，5号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
图2A是8、9、13、14号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。由图可知，8、9、13、14号试样的极化曲线都产生了钝化现象，而8号试样的钝化区间更大，8号试样的Ecorr最高，为-1.020V；Icorr最小，为0.0801mA/cm2；Rct最大，达到565Ω/cm2。说明8号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第三组试样中，8号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
图2B是11、12、15、16号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。由图可知，11号、12号、15号、16号试样的极化曲线同样都产生了钝化现象，钝化区间相差不大，12号试样的Ecorr最高，为-1.018V；Icorr最小，为0.1708mA/cm2；Rct最大，达到17.2Ω/cm2。说明12号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第四组试样中，12号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
3 结语
实验考查了镀液主盐配比，pH，温度，电流密度等因素对Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能的影响。得出最佳工艺参数，当镀液主盐配比（CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O）为0.11/0.01、镀液pH为10、施镀温度为60℃、电流密度为25mA/dm2时，得到的Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能最佳。
参考文献
[1] 王巧玲，黄桂芳.络合剂对Co-Fe-P镀层化学沉积速率和结构的影响[J].湘潭大学自然科学学报，2008，30（1）：92-94，104.
[2] 王森林，陳志明.电沉积条件和热处理对Fe-Co-P合金结构和磁性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2007，36
（3）：5-8.
[3] 李茸，周万城，王思力.玻璃纤维表面化学镀钴-铁-磷合金[J].电镀与涂饰，2013，32（1）：29-31.
[4] 付川，祁俊生.正交试验优化电镀Zn-Ni-P合金工艺[J].表面技术，2003，32（6）：43-45.
[5] 曾维华，刘洪喜，王传琦.工艺参数对不锈钢表面激光熔覆Ni基涂层组织及耐腐蚀性能的影响[J].材料工程，2012（8）：
24-29.
[6] 王成忠，徐宝，黄丽.交流阻抗法评价氟改性乙烯基酯树脂的耐腐蚀性[J].北京化工大学学报，2013，40（3）：69-74.
关键词：Co-Fe-P复合镀层 制备 性能
中图分类号：TQ630.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0100-03
Co-Fe-P复合镀层具备很好的耐蚀能力，较高的导电性、良好的耐摩擦能力以及优良的软磁性能，已得到广泛应用[1]。与传统的Co-P硬磁合金相比，既保留了Co-P合金的优异磁学性能，还由于Fe元素的加入，改善了合金的导电性；与传统的Fe-P合金相比，既保留了Fe-P合金的良好的耐蚀性，还由于Co元素的加入，增强了合金的软磁性能。
近些年来，研究人员对化学镀方法制备Co-Fe-P复合镀层[2]、电镀方法制备Fe-Co-P复合镀层[3]都做了大量研究，但电镀方法制备Co-Fe-P复合镀层的性能研究却鲜有发表。
本研究采用电沉积镀覆的方式，利用正交实验的方法，研究了不同的主盐配比、pH、温度、电流密度对Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能的影响，为进一步改善合金的综合性能提供实验依据。
1 实验部分
1.1 制备方法
本实验采用4因素4水平正交实验[4]，不考虑交互作用，所选取的4个因素分别为镀液主盐配比，镀液pH，施镀温度，电流密度；每个因素选取4个水平，分别如下。镀液组成：主盐为CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O，总浓度为0.12mol/L，摩尔比例分别为0.11/0.01、0.10/0.02、0.09/0.03、0.08/0.04，0.3mol/L的NaH2PO2·2H2O，0.3mol/L的 Na3C6H5O7·2H2O，0.5mol/L的H3BO3，用NaOH调节pH值分别为7、8、9、10，电镀工艺条件：阴极电流密度分别为10、15、20、25mA/dm2，温度分别为40℃、50℃、60℃、70℃，镀覆时间为1h。
基体为50mm×10mm×2mm的Q235碳钢材料，基体需经过砂纸打磨、碱性除油、酸活化等前处理过程。电镀后所得的试样需经过水洗和吹干等后处理过程。
1.2 分析方法
利用CHI604D电化学工作站进行电化学试验[5，6]，采用三电极体系，以镀覆了Co-Fe-P复合镀层的Q235碳钢材料为工作电极，面积为1cm2，以Pt电极作辅助电极，以饱和甘汞电极作参比电极，先在浓度为3.5%NaCl溶液中测定不同镀层的开路电位，然后利用Tafel直线外推法测量镀层的自腐蚀电流和自腐蚀电位，并以此为依据讨论不同镀液配比和电镀工艺条件下Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能。
2 结果与讨论
2.1 正交试验结果分析
为了便于实验目标考核，本研究中以镀层在极化曲线实验中的自腐蚀电流作为正交试验考核目标，对镀层的耐腐蚀性能进行分析，表1为正交试验结果。
根据正交试验的结果可以看出：各工艺参数对镀层自腐蚀电流的影响的大小次序依次为，pH>电流密度>温度>镀液主盐配比；最佳的工艺水平：镀液主盐配比0.11/0.01或0.09/0.03，pH10或7，温度60℃，电流密度15mA/dm2。
2.2 极化曲线与交流阻抗实验结果分析
图1A是1、2、3、4号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。其中Ecorr为自腐蚀电位，Icorr为腐蚀电流，Rct为电荷转移电阻。由图可知，1、2、3、4号试样的极化曲线产生了钝化现象，4号试样的Ecorr最高，为-0.983V；Icorr最小，为0.2339mA/cm2；Rct最大，达到712Ω/cm2。说明4号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第一组试样中，4号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
图1B是5、6、7、10号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。由图可知，5、6、7、10号试样的极化曲线都产生了钝化现象，钝化区间相差不大，5号试样的Ecorr最高，为-1.003V；Icorr最小，为0.1545mA/cm2；Rct最大，达到17Ω/cm2。说明5号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第二组试样中，5号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
图2A是8、9、13、14号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。由图可知，8、9、13、14号试样的极化曲线都产生了钝化现象，而8号试样的钝化区间更大，8号试样的Ecorr最高，为-1.020V；Icorr最小，为0.0801mA/cm2；Rct最大，达到565Ω/cm2。说明8号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第三组试样中，8号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
图2B是11、12、15、16号试样表面的Co-Fe-P复合镀层在3.5%NaCl饱和溶液中测得的极化曲线。由图可知，11号、12号、15号、16号试样的极化曲线同样都产生了钝化现象，钝化区间相差不大，12号试样的Ecorr最高，为-1.018V；Icorr最小，为0.1708mA/cm2；Rct最大，达到17.2Ω/cm2。说明12号试样表面的Co-Fe-P复合镀层腐蚀动力学阻力较大，易于钝化，使得耐腐蚀性较强。由此可见，在第四组试样中，12号试样表面的Co-Fe-P复合镀层耐腐蚀性能最佳。
3 结语
实验考查了镀液主盐配比，pH，温度，电流密度等因素对Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能的影响。得出最佳工艺参数，当镀液主盐配比（CoSO4·7H2O/FeSO4·7H2O）为0.11/0.01、镀液pH为10、施镀温度为60℃、电流密度为25mA/dm2时，得到的Co-Fe-P复合镀层的耐腐蚀性能最佳。
参考文献
[1] 王巧玲，黄桂芳.络合剂对Co-Fe-P镀层化学沉积速率和结构的影响[J].湘潭大学自然科学学报，2008，30（1）：92-94，104.
[2] 王森林，陳志明.电沉积条件和热处理对Fe-Co-P合金结构和磁性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2007，36
（3）：5-8.
[3] 李茸，周万城，王思力.玻璃纤维表面化学镀钴-铁-磷合金[J].电镀与涂饰，2013，32（1）：29-31.
[4] 付川，祁俊生.正交试验优化电镀Zn-Ni-P合金工艺[J].表面技术，2003，32（6）：43-45.
[5] 曾维华，刘洪喜，王传琦.工艺参数对不锈钢表面激光熔覆Ni基涂层组织及耐腐蚀性能的影响[J].材料工程，2012（8）：
24-29.
[6] 王成忠，徐宝，黄丽.交流阻抗法评价氟改性乙烯基酯树脂的耐腐蚀性[J].北京化工大学学报，2013，40（3）：69-74.