WC复合镀层耐腐蚀性能研究

袁德林，陈 颢，杜文强，李 忠

（1.赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000；2.江西理工大学材料科学与工程学院，江西 赣州 341000；3.江西理工大学 冶金与化学工程学院，江西 赣州 341000）

0 引言

复合电镀技术是在电解质溶液中加入一种或数种不溶性固体颗粒，利用电沉积技术，使金属离子被还原的同时，将不溶性的固体颗粒均匀地弥散嵌入金属基镀层中的方法［1］。随着现代工业的迅速发展，对金属机械零部件表面性能的要求早已超出了单一材料可以达到的性能范围，因此复合镀层被认为是解决高温腐蚀、高温强度和磨损，以及某些特殊情况下的腐蚀、磨损问题的一种很有效方法［2］。近年来，国内外对添加SiC、Al2O3、TiC、ZrO2、SiO2、金刚石等微粒［3-5］的复合镀层开展了较多的研究，WC由于具有耐高温、硬度大、耐磨、耐腐蚀等方面的优异性能，在摩擦、磨损、腐蚀等领域的应用前景巨大［6-8］。本文采用电沉积方法制备了Ni-WC复合镀层，并对其表面形貌与腐蚀性能进行了考察。

1 实验

1.1 Ni-WC复合镀层的制备

基体为30mm×40mm的紫铜片，将基体用砂纸打磨，再经碱洗、水洗、酸洗、水洗、活化、水洗，放入镀液进行复合电镀。

WC微粒由赣州有色冶金研究所材料研究室制备。WC微粒先用丙酮洗，再经硝酸洗和蒸馏水洗之后经超声分散3min，加入镀液中。电镀过程中采用机械搅拌。镀液组成见表1。

表1 镀液组成

1.2 镀层形貌与成分分析

镀层的表面形貌采用荷兰XL30W/TMP扫描电子显微镜进行分析表征，用金相显微镜观察镀件与镀层的横截面。用日本理学Miniflex型x射线衍射仪对镀层的成分进行分析。

1.3 镀件腐蚀性能研究

采用三电极体系，工作电极为复合镀层合金电极（面积为1cm2），参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂电极，温度为室温，腐蚀电解液为3.5％的NaCl（分析纯）溶液。由于外加电流与极化电位之间服从塔菲尔（Tafel）关系，在极化曲线的Tafel区间，可以通过Tafel曲线外推法可以得到复合镀层的腐蚀电流与腐蚀电位。

2 结果分析与讨论

2.1 镀层的表面形貌

图1所示为不同WC制得镀层的SEM图，结合EDS可以看出镀层表面都有WC颗粒分布，但镀液中WC含量为30g/L所得的镀层WC颗粒分布均匀，部分颗粒被金属基体掩埋的较深，还有部分颗粒掩埋的较浅，这是由于复合电镀过程中颗粒不断被吸附在工件上，停止电镀后，部分颗粒已经被Ni镀层完全掩埋，还有部分颗粒正好处于半掩埋状态。而镀液中WC含量为10g/L所得的镀层WC颗粒分布不均匀，部分区域出现了缺乏WC颗粒的镀层。

图2是图1中a镀件的横截面金相照片，从图可以清晰分辨出镀件基体、复合镀层、半掩埋的WC颗粒以及黑色镶料。从图中还可以看出镀件基体与复合镀层之间没有缝隙，说明镀件基体与复合镀层有较好的结合。同时复合镀层的厚度均匀、平整，在镀层边缘有部分未完全掩埋的WC颗粒。

图1 不同WC浓度所得镀层SEM图

图2 镀件截面金相照片

2.2 镀层成分分析

图3为镀层的XRD图，从图中可以看出，镀层中含有Ni和WC，说明在复合电镀过程中，WC颗粒伴随着电沉积过程，进入了Ni镀层中。

图3 镀层的XRD图

2.3 镀件的腐蚀性能

图4是镀层所测得的电极极化曲线，从图中可以看出，镀液中添加了10g/L和30g/L的WC颗粒所制备的复合镀层，其腐蚀电位分别为-0.894 5V和-0.711 4V与纯镍镀层-0.938 4V的腐蚀电位相比出现正移现象。同时，复合镀层的腐蚀电流分别为3.05×10-7A和2.01×10-7A与纯镍镀层9.376×10-7A相比出现降低。并且镀液中WC颗粒浓度越大，镀层的腐蚀电位增加越多同时腐蚀电流也降低越多，这表明复合镀层的耐腐蚀性能与纯镍镀层相比有较大的提高。这是由于WC颗粒本身的化学性质可以耐酸碱盐的腐蚀，它的电位与镍性比为正，当镍作为阳极发生阳极极化时，WC微粒可能促进镍的钝化从而减少镍在腐蚀介质中的溶解，进而提高了整个复合镀层样品的耐腐蚀。此外，大量的WC颗粒覆盖于晶粒表面，可以把腐蚀介质和晶粒隔开，从而减少了阳极（复合镀层）在腐蚀溶液中的暴露面积，因此也可以减轻腐蚀溶液对镀层的腐蚀。同时，WC颗粒镶嵌在镀层中镍晶粒和晶界之间填充了镍晶粒之间的孔隙，使复合镀层与纯镍镀层相比更加致密，WC还作为增强相均匀复合在镀层中，还可以阻止腐蚀坑的增大。

图4 镀层的电极极化曲线图

3 结论

（1）采用电沉积方法可以制备出WC颗粒弥散分布的复合镀层，镀层与基体的结合良好。

（2）在3.5％NaCl腐蚀体系中，Ni-WC复合镀层与纯镍镀层相比，腐蚀电位正移而腐蚀电流下降，耐腐蚀性能提高。

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