电沉积制备纳米晶铁镍铬合金箔及其机理研究

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Fe-Ni-Cr合金箔由于其优良的电导率和耐蚀性而被广泛用于电磁屏蔽等领域,但电沉积制备Fe-Ni-Cr合金箔却鲜有文献报道,本研究采用电沉积方法获得了高铁低镍铬合金箔,具有良好的硬度、耐蚀性和电导率,此工作包含以下三个方面:(1)在含三价铬的水溶液中,以氨基乙酸(gly)为配位剂,采用直流电沉积方法制备出Fe-Ni-Cr合金箔,确定直流电沉积Fe-Ni-Cr合金箔的最佳工艺条件为:铬盐浓度50g·L-1,电流密度15A·dm-2,温度60℃,pH为1.5,在此条件下沉积45min可获得光亮无裂纹、含4-6wt%Cr,厚度为20μm左右的合金箔;(2)在含三价铬的水溶液中,以氨基乙酸为配位剂,采用脉冲电沉积方法制备出Fe-Ni-Cr合金箔,确定脉冲电沉积Fe-Ni-Cr合金箔的最优工艺为:铬盐浓度90g.L-1,平均电流密度17A.dm-2,温度60℃,pH为1.5,电沉积时间45min可获得含5-8wt%Cr,厚度为20-30μm光亮无裂纹的合金箔;(3)采用IR光谱、极化曲线、循环伏安、交流阻抗等方法研究了Fe-Ni-Cr合金箔的沉积机理。结果表明,gly-柠檬酸-Cr3+易于从配位形式脱出而在阴极还原;gly的加入使得Fe、Ni、Cr共沉积析出电位相接近,从热力学方面表明合金共沉积的可行性;其阴极还原反应的控制步骤是电子转移步骤控制,参与还原反应的离子种类越多,还原反应所需要的能量越大,反应速度越慢;其中Cr的交换电流密度i0最小,从动力学上说明体系中由子Cr3+的加入使Fe-Ni共沉积的反应的速度降低;合金箔截面成分分布存在差异说明三价铬配位离子的体积庞大,离子扩散速度小,因此在沉积过程中难以得到及时补充;gly-Cr体系的电化学反应电阻和活性中间离子吸附电阻都是最大,说明其反应速度在三者中最慢,这也是三价铬离子难以还原的原因之一。
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