题目：锌镍组份调制多层镀层制备及性能研究

本文以钢为基体，研究了碱性高镍Zn-Ni合金电镀工艺及其影响，以及Zn-Ni基组分调制多层镀层（CMM镀层）的制备方法、性能和机理。并在此基础上，通过对CMM镀层进行结构设计，以进一步提高镀层耐蚀性能，获得了一种具有高耐蚀性能的三维网状组分调制多层镀层（3d latticed CMM coating）。采用恒电流法制备Zn-Ni合金镀层，采用双槽法制备Zn-Ni/Ni和Ni/Zn-Ni CMM镀层、Zn-Ni/Ni-P和Ni-P/Zn-Ni三维网状CMM镀层，采用SEM、金相显微镜、EDX和XRD等测试手段对Zn-Ni合金单层镀层和CMM镀层进行表征，对镀层的Ni含量、相结构、结合力、耐蚀性能、电化学性能进行了研究，并讨论了镀层的沉积和耐蚀机理。通过研究，得到了如下结论：1.碱性Zn-Ni合金电镀工艺研究目前的碱性Zn-Ni合金电镀工艺存在着Ni含量不高的问题，本论文研究了碱性高镍Zn-Ni合金电镀配方及工艺。通过综合分析镀液成分和操作条件对镀层性能的影响，获得了Ni含量可达10~15wt.%的碱性电镀Zn-Ni合金镀液的配方及工艺：ZnO 12 g•L–1，NiSO4 5~10 g•L–1，NaOH 120g•L–1，三乙醇胺 40 ml•L–1，四乙烯五胺 10~20 ml•L–1，DE添加剂2.0~7.5 ml•L–1，电镀温度为20~30℃，电流密度为1.0~2.0 A•dm-2。通过对不同Ni含量的Zn-Ni合金镀层的耐蚀性能研究表明，Zn-Ni合金镀层的Ni含量在10~15wt.%时镀层的耐蚀性能较好，在13wt.%左右，镀层的耐蚀性能最佳，并对Zn-Ni合金的耐蚀机理进行了分析。2. Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层研究在Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层的制备中，通过研究表明，最适宜制备Zn-Ni/Ni或Ni/Zn-Ni CMM镀层的电镀Ni的镀液配方和操作条件为：NiSO4 250 g•L–1，柠檬酸铵 50g•L–1, 氨水 110 ml•L–1，50-55℃，1~4A•dm–2，pH=8.0。Zn-Ni合金电镀液中的添加剂浓度影响Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层层间结合力。当添加剂浓度为3 ml•L–1，获得的CMM镀层具有良好的结合力。中性盐雾试验、电化学实验结果表明，对于相同厚度、不同层数的Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层，4层和6层的 Zn-Ni/Ni或Ni/Zn-Ni CMM镀层的耐蚀性能较好，而子层厚度为1μm的6层的Ni/Zn-Ni CMM镀层的耐蚀性能最好；对于相同的调制波长、相同总厚度、不同的子层厚度比的Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层，Ni/Zn-Ni (6 L, 0.8 : 1.2) CMM镀层的耐蚀性最好。3. 具有新型三维网状结构的Zn-Ni与Ni-P组成的CMM镀层研究为了进一步提高镀层的耐蚀性能，通过对镀层的结构进行设计，获得在垂直于和平行于基体表面方向上均具有多层结构的Zn-Ni/Ni-P或Ni-P/Zn-Ni CMM三维网状组分调制多层镀层。通过研究表明，最适宜制备Zn-Ni/Ni-P或Ni-P/Zn-Ni CMM镀层的化学镀Ni的镀液配方和操作条件为：NiSO4 30 g•L–1，次亚磷酸钠20 g•L–1，柠檬酸铵 50g•L–1, 硫脲1mg•L–1，85~95℃，pH=9.0。制备Zn-Ni与Ni-P组成的CMM镀层为一种新型的三维网状结构。三维网状CMM镀层，由于具有Ni-P合金部分的嵌入Zn-Ni子层这样特殊的结构，增强了CMM镀层层间结合力，且耐蚀性优于传统的CMM镀层。不仅可以阻挡垂直于基体表面方向上腐蚀的扩展，同时也能阻挡平行于表面方向上腐蚀的扩展。通过对Zn-Ni与Ni-P组成的CMM镀层的耐蚀性的研究表明，相同厚度、不同层数的Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层，6层的Ni-P/Zn-Ni CMM镀层的耐蚀性能最好；研究了相同的调制波长、相同总厚度、不同的子层厚度比的Zn-Ni与Ni组成的CMM镀层，Ni-P/Zn-Ni (6 L, 0.8 : 1.2) CMM镀层的耐蚀性最好。