化學(xué)工程與工藝外文翻譯一種研究納米復(fù)合電鍍的電化學(xué)方法的應(yīng)用

1、外文原文 中文譯文一種研究納米復(fù)合電鍍的電化學(xué)方法的應(yīng)用Nguyen Ngoc Phong1, Ngo Thi Anh Tuyet1, Do Chi Linh1, Nguyen Viet Hue*,1Sik Chol Kwon2, Man Kim2, and Joo Yul Lee21 金屬腐蝕部，材料科學(xué)研究所 (IMS)，18, Hoang Quoc Viet，河內(nèi)，10000, 越南。2 外表工程部， 機(jī)械和材料研究所 (KIMM)，66, Sangnam-dong, Changwon-si, Gyeongnam 641-010, 韓國本文探討了研究鍍鎳的一種電化學(xué)方法。陰極化說明，與空

2、白鎳液相比，電極化在電流強(qiáng)度為10-1 A/cm2，pH值為3-5時(shí)增加了大約100 mV，而含1 g/L碳粉的Watts Nguyen Ngoc Phong, Ngo Thi Anh Tuyet, Do Chi Linh, Nguyen Viet Hue*,Sik Cho Kwon,Man Kim, and Joo Yul Lee來源：METALS AND MATERIALS，2006，126：493 496溶液那么增加了大約150 mV。用動(dòng)電位法可進(jìn)一步研究惰性粒子如鎳沉淀物中的碳粉，金剛砂，谷殼灰的影響。結(jié)果說明，納米顆粒的復(fù)合鍍層使陰極化增強(qiáng)。在電鍍液中增加三倍的碳粉后，鎳沉淀物的極

3、化電勢(shì)在10-2 A/cm2的電流強(qiáng)度下增加了一倍。與空白鎳沉淀物相比，存在各種惰性粒子的鎳沉淀物的鈍化提高了數(shù)百倍。通過增加惰性粒子的數(shù)量至原始數(shù)量的二十倍，鈍化的電流強(qiáng)度減少了85-95%。與碳粉和金剛砂粉末相比，鎳沉淀中的谷殼灰復(fù)合鍍層減少了98%的鈍化的電流強(qiáng)度。因此，谷殼灰有可能提高復(fù)合鍍鎳的耐痕蝕性。關(guān)鍵詞：納米復(fù)合電鍍，電化學(xué)方法，納米粉體，腐蝕，磨損。1. 前言我們知道，金屬沉淀物中固體惰性粒子的存在可大大提高其機(jī)械性能。電鍍是一種在金屬基底上形成一金屬鍍層的傳統(tǒng)技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)上。為了獲得不同的用途，特別是應(yīng)對(duì)摩擦腐蝕，納米復(fù)合電鍍?cè)诮鼛资甑玫搅碎_展。過去的研究說明

4、，固體顆粒的復(fù)合沉淀如陶器，氧化物或金剛石顆粒具有很大的潛力。Garcia等人1研究了SiC粒徑為m的Ni-SiC的電沉積，說明粒徑為m時(shí)耐一般腐蝕性和耐痕蝕性都增強(qiáng)了。粒徑為0.m的Al2O3 和 ZrO2粒子的耐摩擦性幾乎增加了2倍。Wang等人3研究了存在粒徑為30-50 nm的SiC和Al2O3的鍍鎳。根據(jù)他們的結(jié)果，這些粒子在沉淀物中任意分散開來，占了大約總體積的7%。含有納米粉體可減小鎳晶體顆粒的大小。納米粉體對(duì)于鍍鎳特性的影響，目前已有所研究5，但這些粉體的作用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到清楚的了解。電化學(xué)技術(shù)是研究鍍層和金屬的外表行為的一個(gè)強(qiáng)大工具。因此，目前研究的目標(biāo)是，利用該方法來研究復(fù)

5、合鍍層中惰性粒子的作用，這有助于對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)了解。2. 實(shí)驗(yàn)步驟2.1.電鍍槽Watts槽成分及實(shí)驗(yàn)條件列于表1。2.2.試驗(yàn)材料 碳C，谷殼灰粉末(AR)產(chǎn)于越南，硅碳化物CS產(chǎn)自中國，各微粒粒徑均在50-100 nm范圍內(nèi)。表1.成分及電鍍槽的工作環(huán)境電鍍槽成分工作條件Ni2SO4 6H2O: 300 g/LNiCl2 6H2O : 50 g/LH3BO3 : 50 g/L-10g/LpH = 4T = 50 °Cic = 2-6 A/dm2t = 30 min磁力攪拌陰極：鋼2.3.電化學(xué)測(cè)量pH值和納米碳粒子對(duì)鍍鎳的影響可通過Watts溶液中鋼電極的陰極化來研究。鎳復(fù)合鍍

6、層的腐蝕可由3.5 %的氯化鈉溶液中的陽極電位極化來評(píng)估。通過由電化學(xué)參數(shù)分析得到的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算腐蝕，鈍化電流強(qiáng)度和點(diǎn)蝕電位。電化學(xué)測(cè)量是由STANFORD儀器和CMS100軟件在帶三個(gè)電極的常規(guī)電池工作電極：鋼和鍍鎳鋼復(fù)合材料；參比電極：甘汞和反電極：鉑中進(jìn)行的。電勢(shì)掃描速度為1 mV/s ，工作電鍍電極面積為1 cm2。3. 結(jié)果與討論pH對(duì)電鍍過程的影響為了研究pH對(duì)鍍鎳過程的影響，我們可以測(cè)量在不同pH水平下Watts溶液中鋼電極的陰極化曲線。測(cè)量結(jié)果見圖1。由圖1可知，當(dāng)電流密度高于10-2 A/cm2或電勢(shì)低于-750 mV時(shí),陰極化隨著pH的減小而明顯增強(qiáng)。這顯示了H+ 和Ni

7、+離子之間的放電競(jìng)爭(zhēng)。這兩種離子是同時(shí)放電，形成的氣態(tài)氫吸附在電極外表，從而增強(qiáng)了電極化。增強(qiáng)的電極化阻礙了沉積過程。圖1. 不同pH值下Watts溶液中鍍鎳的陰極化曲線，T = 50°C3.2碳粉對(duì)電鍍過程的影響研究Watts溶液中碳粉對(duì)鎳沉積過程的影響，是就其陰極化而言的，如圖2所示。在低電流強(qiáng)度或低極化過電位下，溶液中碳粉的數(shù)量不同并不對(duì)陰極化有顯著影響。然而，在高電流強(qiáng)度下，碳含量不僅僅影響極化。通過增加溶液中的碳含量，陰極化就隨之增強(qiáng)。例如，當(dāng)電流強(qiáng)度接近10-2 A/cm2時(shí),陰極化在碳粉濃度為0.3 g/L 和 1 g/L時(shí)分別接近50和80 mV。圖2. 不同碳含量g

8、/L下Watts溶液中鍍鎳的陰極化曲線，T = 50°C陰極化的增強(qiáng)可用一個(gè)兩步吸附機(jī)理來解釋。首先，碳粉粒子較弱地吸附于陰極外表，陰極上建立了碳粒子在溶液中乳化的平衡狀態(tài)。電勢(shì)是由負(fù)方向掃描得到的，因此溶液中的Ni+和H+陽離子很容易被吸附在已經(jīng)吸附了碳的區(qū)域的陰極外表。在這種情況下，陽離子起了外表阻擋層的作用，但復(fù)原電勢(shì)依然比電極電勢(shì)高。在這個(gè)電勢(shì)范圍內(nèi)，電流強(qiáng)度隨著電勢(shì)往負(fù)方向移動(dòng)而減小。當(dāng)電勢(shì)到達(dá)復(fù)原電勢(shì)時(shí)，已被吸附的陽離子開始減少，陰極化減弱且電流強(qiáng)度減小。Guglielmi在描述復(fù)合鍍銅時(shí)提到過相似的現(xiàn)象4。圖3. 不同電流強(qiáng)度(A/dm2)下Watts電鍍槽中鍍鎳層的陰

9、極電位曲線3.5%的NaCl溶液中測(cè)量3.3復(fù)合鍍鎳層的耐腐蝕性鎳金屬外表在氧化介質(zhì)中通過形成一層氧化層而鈍化。因此它的耐腐蝕性增強(qiáng)了。含有不同納米微粒和其含量的復(fù)合鍍鎳層的鈍化，可通過陽極電位極化進(jìn)行評(píng)估，這同樣也是在氯化物溶液中進(jìn)行的。如圖3所示，鍍鎳層的陽極化曲線在不同電流強(qiáng)度(2-6 A/dm2)下各異但差異不大。為了制備該研究所用的實(shí)驗(yàn)樣品，我們采用的電流強(qiáng)度為4A/dm2，因?yàn)樵谶@種水平下有可能到達(dá)最低的鈍化電流強(qiáng)度。含有不同惰性粒子的復(fù)合鍍鎳層的陽極化曲線如圖4-7。由這些數(shù)據(jù)可計(jì)算腐蝕電勢(shì)，腐蝕電流及點(diǎn)電勢(shì)，點(diǎn)電流。這些數(shù)值總結(jié)在表2中。圖4. 不同碳含量g/L下Watts電鍍

10、槽中鍍鎳層的陰極電位曲線3.5%的NaCl溶液中測(cè)量圖5. 不同碳化物含量g/L下Watts電鍍槽中鍍鎳層的陰極電位曲線3.5%的NaCl溶液中測(cè)量圖6. 不同谷殼灰含量g/L下Watts電鍍槽中鍍鎳層的陰極電位曲線3.5%的NaCl溶液中測(cè)量圖7. 1g/L不同惰性粒子下Watts電鍍槽中鍍鎳層的陰極電位曲線3.5%的NaCl溶液中測(cè)量從圖表可知，惰性粒子的共沉積提高了復(fù)合鍍鎳層的耐腐蝕性。除10g/L的谷殼灰外，這個(gè)過程使腐蝕電勢(shì)朝著負(fù)方向移動(dòng)。溶液中金剛砂濃度為5g/L的Ni-SiC鍍層的腐蝕電勢(shì)到達(dá)了-256mV陽極電勢(shì)，而純鎳鍍層到達(dá)了-453mV陽極電勢(shì)。碳粉濃度為g/L時(shí)腐蝕電流

11、強(qiáng)度幾乎到達(dá)了10-7 A/cm2，而金剛砂濃度為5g/L時(shí)也到達(dá)了相似的值。有谷殼灰存在時(shí)，腐蝕電流強(qiáng)度略有下降。這種粒子對(duì)復(fù)合鍍鎳層的腐蝕的影響比起其他粒子要弱。例如，當(dāng)碳化物和谷殼灰的含量相同時(shí)(5 g/L),腐蝕電流強(qiáng)度分別為6.97 × 10-7 和3.42 × 10-6 A/cm2。表2.復(fù)合鍍鎳層中的電化學(xué)參數(shù)鍍層中惰性粒子的存在增強(qiáng)了耐腐蝕性，因?yàn)閺?fù)合鍍鎳層的鈍化是以陰極組件的活性為支撐的。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也說明電鍍液中的惰性粒子有助于復(fù)合鍍層中鈍化電流強(qiáng)度的減小，10g/L，而鈍化電流強(qiáng)度僅減小了5-10倍，如圖6和7所示。添加了碳粉末和碳化物粉末后，點(diǎn)電勢(shì)(

12、Epit)從209減少為120 mV。相反地，谷殼灰使點(diǎn)電勢(shì)升高了。最終這個(gè)電勢(shì)到達(dá)了296 mV。在惰性粒子粉末含量相同的情況下，點(diǎn)電流強(qiáng)度就碳而言 × 10-6 A/cm2 × 10-5A/cm2。谷殼灰的實(shí)例值得深入研究，因?yàn)楣葰せ覂r(jià)格低廉且對(duì)復(fù)合鍍鎳的腐蝕和點(diǎn)蝕的影響令人滿意。4. 總結(jié)研究碳，金剛砂和谷殼灰惰性納米微粒對(duì)鍍鎳的影響，應(yīng)用的是一種偏振法。鎳沉淀物中的碳，金剛砂和谷殼灰粉末的共沉淀，已被證實(shí)能提高復(fù)合鍍鎳層的耐腐蝕性。通過增加金剛砂和碳粉末的數(shù)量，鈍化電流強(qiáng)度從10-5A/cm2減少為10-7A /cm2，而增加谷殼灰的量時(shí)，該值從10-5A/cm2減少為10-6A /cm2。研究發(fā)現(xiàn)，共沉積于鎳沉淀中的惰性納米微粒似乎還能改變陰極過程。致謝這個(gè)工程得到越南的IMS和NCFR的支持，是與韓國BP方案(KOFST)框架內(nèi)的KIMM合作進(jìn)行的。參考文獻(xiàn)1. I. Garcia, A. Conde, J.P. Celis, Proc. of 15th ICC. SCA, Granada.2002, p. 134(CD). 2. N.K. Shrestha, K. Sakurada, M. Masuko, T. Saji. S