电镀Ni-Co合金镀层耐腐蚀性能研究

宋振兴， 姚素薇， 王宏智， 张卫国

(1.天津科技大学理学院化学系，天津 300457;2.天津大学化工学院应用化学系，天津 300072)

引 言

电镀Ni-Co合金具有优良的高温耐腐蚀性能，其金相结构十分稳定，内应力较小，硬度高于镍镀层而略逊于硬铬镀层，耐磨性也十分出色［1］;同时，Ni-Co合金镀层具有良好的磁性能、导电性能及钎焊性能［2-3］，因此，Ni-Co合金镀层已经广泛应用于精密仪器、电子设备、光学仪器、印刷电路板、照相器材以及高温耐腐蚀性领域［4-5］。

结晶器是钢铁企业生产环节中的重要部件，工作时一直处于高温环境，因此结晶器内壁需要具有良好的高温耐腐蚀性能［6-7］。多年来国产结晶器内壁大多为传统的电镀硬铬镀层，虽然性能尚可，但是对环境的污染十分严重，很多国家对其进行了严格限制。近年来我国环境问题也越来越受到关注，最近国家加大了对冶金炼钢企业的整治力度，从而使结晶器内壁镀层的研究日益受到重视［8-10］。

目前，具有高温耐磨及耐腐蚀性能的代铬镀层主要是Ni-Co合金及其复合镀层，其镀液已经达到绿色环保标准，适于环保结晶器的生产。因此，研究Ni-Co合金镀层制备的工艺条件及其硬度、耐磨性有重大意义。本文研究了Co对Ni-Co合金镀层耐腐蚀性能的影响。

1 实验方法

1.1 镀液组成

实验采用的Ni-Co合金镀液组成为:5～20g/L CoSO4·6H2O，40g/L NiSO4·6H2O，50g/L Na2SO4，1g/L YJ-1 添加剂。pH 为 5.0，θ为 25℃，Jκ为6A/dm2。

1.2 工艺流程

试样基体为黄铜片，Ni-Co合金镀层 δ约为30μm。

制备流程:打磨→水洗→电解除油→水洗→强浸蚀→水洗→弱浸蚀→水洗→电镀→水洗→烘干

1.3 阳极极化及交流阻抗测试

采用CHI660型电化学工作站测试Ni-Co合金镀层的阳极极化曲线及交流阻抗谱图。阳极极化的扫速为1mV/s，扫描范围为 －0.5～1.0V。交流阻抗初始电位为开路电压，频率为0.01～10000Hz。研究电极为环氧树脂封闭的待测Ni-Co合金镀层，A为1cm2，辅助电极为钌钛网，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为盐酸、硫酸溶液。

1.4 人工海水浸泡试验

人工海水组成为:1g/L CaCl2，2g/L MgSO4，3g/L MgCl2，25g/L NaCl。

Ni-Co合金镀层称量后环氧树脂封闭，室温下将试样浸泡于人工海水中，每48h取出，除去环氧树脂后称量一次。

1.5 镀层表面形貌的观测

利用TESCAN TS5130SB型扫描电镜(SEM)观察Ni-Co合金镀层表面形貌;采用INCA ENERGY 350能谱仪测试镀层成分。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜测试

图1是Ni-Co合金镀层中Co质量分数分别为3.26%、5.05%、7.06%、9.05% 及 10.88% 的 Ni-Co合金镀层表面形貌(SEM)照片。由图1可知，随着镀层Co质量分数的增加，其表面形貌趋于平整，结晶更加细致。

图1 Ni-Co合金镀层SEM照片

2.2 镀层成分对耐蚀性的影响

2.2.1 Ni-Co合金镀层在硫酸溶液中的耐蚀性

为考察Ni-Co合金镀层成分对其耐蚀性的影响，分别测试镀层中 Co质量分数为 3.26%、5.05%、7.06%、9.05% 及 10.88% 的 Ni-Co 合金镀层在10%硫酸溶液中的交流阻抗及阳极极化图谱。

图2为Ni-Co镀层在10%硫酸溶液中的交流阻抗谱图，图2中半圆直径代表电化学反应电荷转移电阻。半圆直径越大，镀层的耐蚀性越好。由图2可知，随着镀层中w(Co)的增大，其电化学反应电阻Rr随之增大，镀层耐腐蚀性能逐渐提高。

图2 Ni-Co合金镀层在硫酸溶液中的交流阻抗谱图

图3为Ni-Co合金镀层在10%硫酸溶液中的阳极极化曲线。当镀层中w(Co)从3.26%增大到10.88%时，腐蚀电位从 －2.65V 正移到 －1.65V，腐蚀电流减小，镀层的耐蚀性逐渐提高。与交流阻抗测试结果一致。

图3 Ni-Co合金镀层在硫酸溶液中的阳极极化曲线

2.2.2 Ni-Co合金镀层在盐酸溶液中的耐蚀性

为考察Ni-Co合金镀层成分对其耐蚀性的影响，分别测试 Co质量分数为 3.26%、5.05%、7.06%、9.05% 及 10.88% 的 Ni-Co 合金镀层在10%盐酸溶液中的交流阻抗谱图和阳极极化曲线。

图4为不同w(Co)的Ni-Co合金镀层在10%盐酸溶液中的交流阻抗谱图。由图4可知，耐腐蚀性能随镀层中w(Co)不断增大而提高。当w(Co)从3.26%增大到10.88%时，镀层的电化学反应电阻Rr逐渐增大，耐蚀性逐渐提高。

图4 Ni-Co合金镀层在盐酸溶液中的交流阻抗谱图

图5为Ni-Co合金镀层在10%盐酸溶液中的阳极极化曲线。由图5可知，当镀层的 w(Co)从3.26%增大到10.88%时，镀层的腐蚀电位逐渐正移，从 －0.301V正移到 －0.274V，耐蚀性逐渐提高，与交流阻抗测试结果一致。

图5 Ni-Co合金在盐酸溶液中的阳极极化曲线

2.2.3 人工海水浸泡试验

为考察Ni-Co合金镀层成分对其耐蚀性的影响，将镀片浸泡在人工海水中，从而得到镀层的腐蚀质量损失与浸泡时间的关系，如图6所示。

图6 Ni-Co合金镀层在人工海水中腐蚀曲线

由图6可知，随着浸泡时间的增加，试样的腐蚀质量损失均逐渐增加，且在浸泡时间相同的情况下，随镀层w(Co)的增大试样的腐蚀质量损失减小，说明镀层的耐蚀性逐渐提高。与阳极极化和交流阻抗测试结果一致。

由以上实验可知，Ni-Co合金镀层耐蚀性随Co质量分数增加而逐步提高，这可能是因为随着Co金属的不断加入，Ni-Co合金镀层的组成产生变化，腐蚀电位随之正移，从而提高了镀层耐腐蚀性。

3 结论

1)通过SEM测试可知，制备的Ni-Co合金镀层表面平整，结晶细致，表面裂纹和划痕较少，随着镀层中w(Co)的增加，其表面形貌趋于平整，结晶更加细致。

2)Co质量分数为 3.26%、5.05%、7.06%、9.05%及10.88%的Ni-Co合金镀层在10%硫酸溶液、10%盐酸溶液中的交流阻抗谱图和阳极极化曲线显示，当w(Co)从3.26%增大到10.88%时，耐蚀性逐渐提高。

3)由浸泡试验可知，在人工海水中浸泡的Ni-Co合金镀层随着浸泡时间的增加，试样的腐蚀质量损失均逐渐增加;且在浸泡时间相同的情况下，试样的腐蚀质量损失随镀层Co质量分数的增大减小。

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