氯化铈和碘化钾组成的复合添加剂对化学镀镍层耐蚀性能的影响

梁平

（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁 抚顺 113001）

氯化铈和碘化钾组成的复合添加剂对化学镀镍层耐蚀性能的影响

梁平

（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁 抚顺 113001）

在添加复合添加剂(CeCl3+ KI)的条件下进行化学镀镍。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、动电位极化测量和电化学阻抗谱，研究了复合添加剂对镀层的影响。结果表明：复合添加剂可使镀层更加致密和均匀，腐蚀电流密度减小，电荷转移阻力增大，镀层的耐蚀性提高。

化学镀镍；氯化铈；碘化钾；添加剂；耐蚀性

Author’s address: School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China

1 前言

化学镀镍–磷合金具有沉积速度快，镀层均匀，耐蚀性和耐磨性好等优点，广泛应用于化工、机械、电子等行业[1]。随着现代工业的不断发展，人们对镀层的表面质量和性能也提出了更高要求。为了满足这些要求，人们也采用增加添加剂、超声波、磁场等诸多方法来进一步提高合金镀层的使用性能[2-3]。其中，添加剂由于用量少，使用方便，故而成为了改善合金镀层性能的一种重要而且有效的手段。稀土和碘化钾作为镀镍添加剂已有报道[4-5]，但将两者同时放入镀液中是否仍能起到好的作用尚未可知。因此，本文在前期研究结果的基础上，考察了氯化铈和碘化钾组成的复合添加剂对镍–磷合金化学镀层的表面形貌、镀层结构以及耐蚀行为的影响，为其工业化应用提供一些参考。

2 实验

2. 1 材料及设备

采用35 mm × 25 mm × 4.0 mm的Q235钢进行化学沉积。工艺流程为：打磨—酒精擦拭—碱洗除油—水洗—稀硫酸活化—水洗—化学镀镍—水洗—吹干—检测。

实验所用设备有：pHS-25型酸度计(上海雷磁仪器厂)，HH-4型数显恒温水浴锅(江苏杰瑞尔电器有限公司)，XL30型扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，TG328A电光分析天平(上海天平仪器厂)。

2. 2 镀层性能测试

用分析天平称量试样施镀前后的质量(精确到0.1 mg)，然后计算镀层的沉积速率。镀层的沉积速率按下式计算：

式中：v为Ni–P–RE镀层的沉积速率，单位μm/h；∆m为施镀前后试样的增重，单位g；ρ为Ni–P镀层的密度，取7.80 g/cm3；A为试样表面积，单位cm2；t为沉积时间，单位h。

在室温下将施镀后的试样放入w = 3.5%的NaCl溶液中，采用PAR公司的2273电化学系统进行动电位极化曲线和电化学阻抗测量。镀层为工作电极，铂片为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。文中所有电位均相对于 SCE。动电位极化扫描速率为20 mV/min。电化学阻抗测量在自腐蚀电位下进行，扰动电位幅值为10 mV，采用ZSimpWin软件3.21版对测试数据进行拟合。

3 结果与讨论

3. 1 镀层表面形貌和结构

在含有稀土 CeCl3的化学镀镍液中加入 10 mg/L KI，然后在Q235钢表面沉积1 h制备出Ni–P合金镀层，镀层表面形貌如图1所示。从图1可以看出，复合添加剂使组成镀层的胞状物颗粒变得细小，结晶更为致密，镀层更为平整，表面无气孔、漏镀等缺陷。

图1 Ni–P镀层表面形貌Figure 1 Surface morphologies of Ni–P coating

上述两合金镀层的XRD图谱如图2所示。从图2可以看出，复合添加剂加入到镀液中后，镀层在 45°附近的“类馒头峰”变得更为平坦，表明镀层中的非晶化程度增大[7]。

图2 2种镀层的XRD图谱Figure 2 XRD pattern of two kinds of coatings

3. 2 镀层耐蚀性

2种镀层在w = 3.5%的NaCl溶液中的动电位极化曲线如图3所示。对2曲线的自腐蚀电位φcorr和自腐蚀电流密度jcorr进行拟合，结果表明，在该腐蚀介质中，当镀液中不存在KI时，镀层的φcorr= −354 mV，jcorr= 0.98 μA/cm2；而当镀液中加入KI后，镀层的φcorr=−323 mV，jcorr= 0.63 μA/cm2。可见，使用复合添加剂KI + CeCl3后，镀层的自腐蚀电位升高，自腐蚀电流密度降低，说明复合添加剂提高了Ni–P镀层的耐蚀性。

图3 2种镀层在w = 3.5%的NaCl溶液中的动电位极化曲线Figure 3 Potentiodynamic polarization curves for two kinds of coatings in 3.5wt% NaCl solution

图4为2镀层在w = 3.5%的NaCl溶液中的电化学阻抗谱图。从图4可以看出，复合添加剂所得镀层的容抗弧直径更大，表明其耐蚀性更好。

图4 2种镀层在w = 3.5%的NaCl溶液中的电化学阻抗图谱Figure 4 Electrochemical impedance spectra for two kinds of coatings in 3.5wt% NaCl solution

采用图5的等效电路图对图4的电化学阻抗曲线进行数值拟合，其中Rs表示溶液电阻，C为双电层电容，Rct代表电荷转移电阻。拟合结果表明，当镀液中加入复合添加剂以后，电荷转移电阻从原来的 27 280 Ω·cm2增大至50 500 Ω·cm2，表明此镀层的耐蚀性更好。

图5 等效电路示意图Figure 5 Schematic diagram of equivalent circuit

综上所述，使用复合添加剂KI + CeCl3获得的镀层的耐蚀性更好，这主要是因为镀液中添加复合添加剂以后，组成镀层的胞状物颗粒变小，胞状物间的结合更为紧凑，镀层变得更为平整，胞状物凸起和凹陷部分之间的电位差减小[8]，腐蚀的驱动力降低，从而使镀层的电化学腐蚀倾向降低；同时，表面缺陷数量大大减少，镀层致密性提高，这也延长了腐蚀介质渗入到Q235钢基体表面的时间；此外，复合添加剂也增大了镀层的非晶化程度，使得镀层的耐蚀性也越强。

4 结论

由CeCl3和KI组成的复合添加剂使Ni–P合金镀层更致密，表面更平整，增大了镀层的非晶化程度，减小了镀层在w = 3.5%的NaCl溶液中的腐蚀电流密度，增大了电荷转移电阻，提高了镀层的耐蚀性能。

[1] HARI KRISHNAN K, JOHN S, SRINIVASAN K N, et al. An overall aspect of electroless Ni–P depositions—A review article [J]. Metallurgical and Materials Transactions A, 2006, 37 (6): 1917-1926.

[2] KOBAYASHI K, CHIBA A, MINAMI N. Effects of ultrasound on both electrolytic and electroless nickel depositions [J]. Ultrasonics, 2000, 38 (1/8): 676-681.

[3] SAITO Y, MONONOBE S, OHTSU M, et al. Electroless nickel plating under continuous ultrasonic irradiation to fabricate a near-field probe whose metal coat decreases in thickness toward the tip [J]. Optical Review, 2006, 13 (4): 225-227.

[4] 宣天鹏, 张雷, 黄秋华. Effect of rare earth metals on structure and properties of electroless Co–B alloy coating [J]. 稀土学报(英文版), 2002, 20 (5): 512-516.

[5] 陈一胜, 张乐观, 王勇. 稀土对化学镀镍溶液稳定性的影响[J]. 材料保护, 2002, 35 (4): 38-40.

[6] 雷志刚, 郑传明, 韩荣生, 等. 四种稳定剂对化学镀镍液及镀层耐蚀性的影响[J]. 腐蚀与防护, 2007, 28 (3): 135-137.

[7] 黄燕滨, 许晓丽, 孟昭福, 等. 稀土对化学镀Ni–W–P镀液及镀层性能的影响[J]. 电镀与涂饰, 2005, 24 (3): 5-7.

[8] 黄庆荣, 蒋柏泉, 陈常青, 等. 稀土在化学镀中应用研究现状[J]. 稀土, 2007, 28 (1): 102-106.

Effect of composite additive comprising CeCl3and KI on corrosion resistance of electroless nickel coating //

LIANG Ping

The electroless nickel plating was carried out with a composite additive consisting of CeCl3and KI. The effect of the composite additive on deposit was studied by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), potentiodynamic polarization measurement and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the composite additive makes the deposit more compact and uniform, decreased the corrosion current density, and increases the charge transfer resistance. Therefore, the corrosion resistance of deposit is improved.

electroless nickel plating; cerium chloride; potassium iodide; additive; corrosion resistance

TQ153.12

A

1004 – 227X (2011) 01 – 0027 – 03

2010–01–26

梁平（1974–），男，辽宁沈阳人，博士，讲师，主要研究方向为材料的表面处理及材料的腐蚀与防护。

作者联系方式：(E-mail) liangping770101@163.com。

[ 编辑：吴定彦 ]