表面活性剂对 Ni-P-高岭土复合镀层耐蚀性能的影响

王桂香, 赵爱杰, 张晓红, 龙 洋, 李占军

（哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨 150001）

表面活性剂对 Ni-P-高岭土复合镀层耐蚀性能的影响

王桂香, 赵爱杰, 张晓红, 龙 洋, 李占军

（哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院黑龙江哈尔滨 150001）

以低碳钢为基体,通过在化学镀液体系中加入高岭土粒子获得Ni-P-高岭土复合镀层,研究了表面活性剂种类及用量对复合镀层性能的影响。实验过程中采用金相显微镜和极化曲线分别对复合镀层的表面形貌和耐蚀性能进行测试。结果表明:当采用聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠时,复合镀层的耐蚀性能较好,而采用三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵时,镀层的耐蚀性能下降;当聚乙二醇的质量浓度量为0.06 g/L时,复合镀层的耐蚀性能最好。关键词: 化学复合镀;表面活性剂;高岭土

0 前言

化学复合镀是指在化学镀液中加入非水溶性的固体微粒,使其与主体金属共同沉积形成镀层的工艺,所形成的镀层可以同时具有基质金属与固体微粒两类物质的各项性能[1]。由于化学复合镀不需电源和辅助阳极,不受基体材料形状的影响,可在材料的各部位均匀沉积,镀层具有硬度高、致密等优点,是化学镀技术的一个新进展[2-3]。

本文以低碳钢为基体,通过在化学镀Ni-P液体系中加入高岭土粒子获得Ni-P-高岭土复合镀层,研究了不同的表面活性剂及其用量对复合镀层表面形貌与耐蚀性能的影响。

1 实验

1.1 实验材料

采用低碳钢为基材,试片尺寸为50 mm×25 mm×1 mm。

1.2 工艺流程

其中打磨过程依次使用200#,600#和1 000#砂纸对试片进行逐级打磨。

1.3 基础镀液组成

NiSO4·6H2O 25 g/L,NaH2PO2·2H2O 30 g/L,CH3COONa·3H2O 20 g/L,C6H5Na3O7·2H2O 30 g/L,p H值5.0,86～90℃。高岭土采用市售高纯高岭土,外观为白色,主要成分为硅和铝的氧化物。

1.4 测试方法

采用德国L EICA公司生产的DMIRM型金相显微镜观察膜的表面形貌。利用上海辰华公司生产的CHI 660B型电化学工作站进行极化曲线测试。采用三电极体系,工作电极为待测试片,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为面积为1 cm2的铂片,电解质溶液为质量分数为3.5%的NaCl溶液,待测试片暴露1 cm2的面积,扫描速率为0.01 mV/s。

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂对复合镀层性能的影响

2.1.1 表面活性剂种类对镀层表面形貌的影响

图1为镀液中加入不同表面活性剂后得到的试片的表面形貌。实验中高岭土的质量浓度为0.25 g/L,施镀时间为30 min,表面活性剂的质量浓度为0.06 g/L。图1（a）为未添加表面活性剂时所得试片的表面形貌。由图1（a）可知:镀层较平整,有少量粒子沉积在表面。图1（b）为加入三乙醇胺后所得试片的表面形貌。由图1（b）可知:试片色泽暗,表面有较多粒子沉积,镀层质量较差。图1（c）为加入十六烷基三甲基溴化铵后所得试片的表面形貌。由图1（c）可知:镀层上的微粒堆积较多,表面形貌较清晰,有一定光泽度;但是镀层质量较差,有一些小裂纹,小裂纹的存在会对镀层的结合力和耐蚀性等性能造成影响;同时在施镀过程中,反应较快,在镀液的表面上产生大量的气泡,且得到的镀层表面发乌,反应时间延长至40 min后镀液开始分解。可见十六烷基三甲基溴化铵的加入不仅对镀液的稳定性造成影响,而且得到的镀层质量也很差。图1（d）为加入十二烷基苯磺酸钠后所得试片的表面形貌。由图1（d）可知:复合镀层的表面有一定光泽,镀层粒子分布、包覆较均匀,镀液稳定。图1（e）为加入聚乙二醇（M=4 000）后所得试片的表面形貌。由图1（e）可知:复合镀层的粒子分布较均匀,有一定金属光泽,表面形貌较好,镀液稳定性较好。

2.1.2 表面活性剂种类对镀层耐蚀性能的影响

图2为不同表面活性剂作用下所得复合镀层的极化曲线测试结果,其极化曲线参数,如表1所示。实验中高岭土的质量浓度为0.25 g/L,表面活性剂的质量浓度为0.06 g/L,施镀时间为30 min。

图1 不同表面活性剂作用下的复合镀层的表面形貌

图2 高岭土复合镀层的极化曲线图

表1 高岭土复合镀层的极化曲线参数

由图2和表1中可知:聚乙二醇为表面活性剂时所得复合镀层的耐蚀性最好,其次是十二烷基苯磺酸钠,三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂时获得的镀层的耐蚀性能比未添加表面活性剂时还差。原因在于聚乙二醇为非离子型表面活性剂,由于它的表面活性作用对高岭土粒子有一定的包覆作用,使其稳定、均匀地分散在镀液中,从而使高岭土粒子在金属沉积过程中均匀地分布于镀层之中,并被镀层覆盖。十二烷基苯磺酸钠为阴离子型表面活性剂,能在镀液中将高岭土粒子包覆,故粒子表面带负电;在化学沉积过程中,由于粒子带有电荷,使其在镀层中分布不均匀,故形成镀层的耐蚀性能比使用非离子型表面活性剂的差。三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵为阳离子型表面活性剂,镀液中的高岭土粒子表面将带正电荷,可能是由于正电荷的作用使其在镀层中沉积较少,而大部分沉积在金属表面。

2.2 聚乙二醇对复合镀层性能的影响

图3为在质量浓度不同的聚乙二醇作用下所得复合镀层的极化曲线,其极化参数,如表2所示。实验中高岭土粒子的质量浓度为0.25 g/L,施镀时间为30 min。由图3和表2可知:随着聚乙二醇的质量浓度的增加,所得镀层的耐蚀性能先增强而后下降,当其质量浓度为0.06 g/L时,镀层的耐蚀性能最好。

图3 不同质量浓度的聚乙二醇作用下镀层的极化曲线

表2 不同质量浓度的聚乙二醇作用下镀层的极化参数

3 结论

聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠的加入可提高Ni-P-高岭土复合镀层的耐蚀性能,三乙醇胺、十六烷基三甲基溴化铵的加入使得镀层的耐蚀性能下降。当聚乙二醇的质量浓度为0.06 g/L时,获得镀层的耐蚀性能最好。

[1] Qiu Y F,Ting J L,Zhong T Z.Preparation of nanostructured Ni/Al2O3composite coatings in high magnetic field[J].Surface and Coatings Technology,2006,201（14）:6 247-6 252.

[2] Gao J Q,Liu L.Electroless Ni-P-SiC composite coatings with superfine particles[J].Surface and Coatings Technology,2006,200（20）:5 836-5 842.

[3] Zhang S S,Han K J,Cheng L.The effect of SiC particles added in electroless Ni-P plating solution on the properties of composite coatings[J].Surface and Coatings Technology,2008,202（12）:2 808-2 812.

[4] Dong D,Chen X H,Xiao W T,et al.Preparation and properties of electroless Ni-P-SiO2composite coatings[J].Applied Surface Science,2009,255（15）:7 051-7 055.

[5] Deguchi Takenori,Imai Kiyohisa,Misunobu Iwasaki,et al.Photocatalyrically highly active nanocomposite films consisting of TiO2particle[J].Journal of the Electrochemical Society,2000,147（6）:2 263-2 267.

[6] 黄新民,钱利华,徐金霞.镍-磷-纳米颗粒化学复合镀的研究现状及发展[J].电镀与涂饰,2002,21（6）:12-16.

Effects of Surfactants on Property of Ni-P-K aolin Composite Coatings

WANG Gui-xiang, ZHAO Ai-jie,ZHANG Xiao-hong, LONGYang, LI Zhan-jun
（Harbin Engineering University,College of Materials Science and Chemical Engineering,Key Laboratory of Superlight Material and Surface Technology,Harbin 150001,China）

The Ni-P-kaolin composite coatings were obtained by adding kaolin particles to electroless plating solutions on low carbon matrix.The effects of kinds and dosage of surfactants on composite coatings were studied.The morphology and corrosion resistance of the coatings were examined by metallographic microscope and polarization curves respectively.The results show that with addition of polyethylene glycol or sodium dodecyl benzene sulfonate,the corrosion resistance of the composite coatings is better,while with addition of triethanolamine and cetyltrimethyl ammonium bromide,the corrosion resistance of the coatings becomes worse.When the mass concentration of polyethylene glycol is 0.06 g/L,the corrosion resistance of the coatings is the best.

electroless composite plating;surfactant;kaolin

TG 174

A

1000-4742（2011）04-0031-03

2010-05-14