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【簡介】
用電鍍的方法制備出了Ni-TiO2納米復合電鍍層，討論了表面活性劑、陰極電流密度、攪拌速率等對復合鍍層硬度的影響，并分析了納米TiO2的加入對復合鍍層硬度、耐蝕性的影響情況．結(jié)果表明，與純鎳鍍層相比，Ni-納米TiO2復合電鍍層的硬度可提高9O～l9OHV；添加陽離子表面活性劑分散納米TiO2所得復合鍍層硬度最高，說明陽離子表面活性劑有利于納米TiO2-Ni復合電沉積．浸泡試驗表明，在硝酸溶液中復合鍍層的腐蝕速率高于純鎳鍍層的腐蝕速率，但遠低于未鍍覆鋼板的腐蝕速率；極化曲線表明，與純鎳鍍層相比，復合鍍層的自腐蝕電位沒有顯著提高．說明在復合鍍層中添加納米TiO2不能改善其耐蝕性.
關鍵詞：納米TiOz；復合電鍍；鎳；耐蝕性
中圖分類號：TQ153．1+ 2 文獻標識碼：A
采用電鍍的方法，在普通鍍液中加入納米微粒，在攪拌狀態(tài)下使納米粒子與基質(zhì)金屬共沉積而得到的復合鍍層稱為納米復合電鍍層[1]．由于納米顆粒具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和一些奇異的光、電、磁等性質(zhì)，采用納米顆粒代替復合鍍液中的微米粒子，可以使復合鍍層的性能更加優(yōu)異．納米TiO2具有很高的光催化活性，與鎳基共沉積可制備出具有高光催化活性的納米復合鍍層[2]，因而Ni-納米TiO2復合鍍層在涂料、陶瓷、殺菌等方面有廣泛的應用前景．
黃新民[3-5]等采用納米化學鍍的方法成功制備出了Ni-P—TiO2納米復合鍍層．相對于化學鍍，電鍍具有設備簡單、反應周期短、反應溫度低、反應過程容易控制等優(yōu)點，因而在實際生產(chǎn)應用中更具價值．李衛(wèi)東等在傳統(tǒng)瓦特鍍液中添加微米級的TiO2粒子，成功制備出TiO2復合電鍍層，然而，納米復合電鍍工藝有別于微米復合電鍍工藝．本工作用電鍍的方法制備了Ni-納米TiO2復合鍍層，并研究了納米TiO2的加入對復合鍍層各性能的影響．
1 試驗
1．1 材料及設備
采用40mm× 5mm×2mm鋼板為基體，納米TiO2粒子由北京化大天瑞材料有限公司提供，由金紅石型與銳鈦礦型以質(zhì)量比4：1組成，平均粒徑為24mm．電鍍時配置DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器．采用HXS-1000A型顯微硬度儀對鍍層進行硬度測試，用島津AX200型電子天平稱重(精度0.1mg)，用EG PARC Mode II 173恒電位儀測試極化曲線．
12 電鍍工藝
復合電鍍的工藝流程為：鋼板打磨—→粗荒除油—→強浸蝕—→水洗—→有機溶劑除油—→弱浸蝕—→水洗—→電鍍—→水洗—→烘干．
采用的鍍液配方為：
NiSO4·6H2O：200~ 250g·L—1
NiCl2·6H2O：40g·L—1
H3B03：40g·L—1
表面活性劑：1g·L—1
納米TiO2：3～8g·L—1
施鍍條件：pH值4.0，溫度35℃，攪拌速率225~900 r·min ，陰極電流密度1．0～3．5A· m-2，分散方式為添加不同的表面活性劑后超聲分散．
1.3 鍍層耐蝕性的評定
將試樣用環(huán)氧樹脂密封，留出lcm 的面積，用去離子水清洗后，用酒精浸洗吹干，稱量其質(zhì)量m1，然后將試樣在硝酸(質(zhì)量分數(shù)66．5 的濃硝酸與去離子水按3：l的體積比配制)中浸蝕10min，再稱量其質(zhì)量m2，用以下公式計算腐蝕速率V ：
V =( m1—m2)／S t
其中S為腐蝕的面積，t為浸蝕時間
在2O℃的3.5 %NaCL溶液中對試樣進行極化曲線測試．試樣用環(huán)氧樹脂密封，留出lcm2工作面積，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑電極，掃描速度為10mV／s．
2 結(jié)果與討論
2．1 表面活性劑的選擇對復合鍍層硬度的影響
控制鍍液Q(TiO2)=8 g·L-1。，陰極電流密度3 A·dm2。，攪拌速率562．5 r·min-1。，添加納米TiO2前后鍍層硬度見圖1(1為純鎳鍍層，2—6分別為添加陽離子型、陰離子型、非離子型、陽離子+非離子型、陰離子+非離子型表面活性劑的復合鍍層)．
由圖1可見，在添加納米TiO2后，用不同的表面活性劑制得的復合鍍層硬度與純鍍鎳層相比，硬度均可提高90～190HV．由圖1還可看出，在相同施鍍條件下，添加陽離子型活性劑制得的復合鍍層硬度最大．黃新民用化學鍍方法制備納米TiO2／Ni—P合金復合鍍層時發(fā)現(xiàn)，與陽離子表面活性劑和陰離子表面活性劑相比，非離子型表面活性劑對降低納米TiO2表面能的作用最佳，超聲分散后納米TiO2的分散效果最好，獲得的復合鍍層硬度最高．本研究的結(jié)果與此不同，采用非離子表面活性劑的鍍層硬度僅高于采用陽離子+非離子表面活性劑的情況，比采用陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和陰離子+非離子表面活性劑所得鍍層的硬度都低．這可能是由于納米TiO2在水溶液中表面帶負電荷，與陽離子表面活性劑所得鍍層的硬度都低．這可能是由于納米TiO2在水溶液中表面帶負電荷，與陽離子表面活性劑結(jié)合后更易在施鍍過程中向陰極表面移動并沉積，使獲得的鍍層中含有更多的TiO2粒子，產(chǎn)生了更大的表面硬化效果．因此，在電鍍過程中選擇表面活性劑對納米粒子進行分散時，除了要考慮其對納米粒子的潤濕特性外，還必須考慮顆粒表面的帶電狀況．本研究結(jié)果表明，陽離子表面活性劑有利于電鍍過程中納米TiO2復合電沉積層硬度的提高．
2．2 陰極電流密度對鍍層硬度的影響
控制鍍液中納米TiO2濃度為8g· L-1 ，攪拌速率562．5 r·L-1。，在1.0～3.5A ·dm-2范圍內(nèi)調(diào)節(jié)陰極電流密度，得出添加不同活性劑時鍍層硬度隨陰極電流密度變化曲線見圖2(曲線1—5分別為添加陽離子型、陰離子+非離子型、陽離子+非離子型、陰離子型、非離子型表面活性劑的復合鍍層)．
由圖2可見，隨著陰極電流密度的增大，鍍層硬度顯著提高．當陰極電流密度為1.0～1.5 A·dm-2時，鍍層硬度提高不明顯；繼續(xù)增大電流密度，鍍層硬度顯著提高，當達到3 A ·dm 時，鍍層硬度最大；繼續(xù)增大到3.5 A ·dm-2 ，硬度呈下降趨勢，且鍍層表面效果不佳，呈暗黑色，有些甚至有鼓泡現(xiàn)象，無法獲得表面效果好的鍍層．可能的原因是，當電流密度過低時，大量納米顆粒沖刷在陰極表面形成活性點，而此時金屬沉積速率不高，數(shù)量太少，無法包裹納米顆粒，部分納米顆粒又重新進入鍍液；電流密度過高時，在陰極大量沉積，使陰極區(qū)離子鍍層硬度隨陰極電流密度變化曲線度偏低，造成H：析出，容易形成鼓泡．因此可認為電流密度為3．0 A ·dm-2時，獲得的復合鍍層較佳.
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