赵莎莎曹怀杰蔡宇辰盛佳
(中国海洋大学材料科学与工程研究院，山东 青岛 266100)
【摘要】通过恒电流沉积的方法在铜基体上成功的制备了镍的保护膜层。在此实验中选用电流-3mA进行沉积，X射线图谱（XRD）中显示我们成功的制备了镍的保护膜。通过扫描电镜图片（SEM）观察在pH=4时的镍涂层颗粒最为致密，通过对铜基体和三个pH下的电化学测试中，沉积的膜层起到了很好的保护作用。对比分析pH=4下的镍膜显示了较好的抗蚀性，保护效果最佳。
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关键词 恒电流沉积；镍涂层；抗蚀性能
The Preparation and Anti-corrosion investigation of Ni Coating by Galvanostatic Deposition
ZＨＡＯ Sha－shaCＡＯ Huai－jieCＡＩ Yu－chenSＨＥＮＧ Jia
(Institute of Materials Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China)
【Abstract】Nickel(Ni) coating based pure copper was prepared by galvanostatic deposition. In this paper, the deposition current -3mA was adopted to electrodeposition, and the formation of Ni coating were proved by X-ray diffraction analysis (XRD). Scanning electron microscopy (SEM) images show that the pH=4 is the best deposition condition, which the best compactness of Ni coating was obtained. Further combined the electrochemical tests, it can be concluded that pH=4 was the best anti-corrosion deposition condition.
【Key words】Ｇalvanostatic depositon；Ni coating；Ａnti-corrosion proper
0引言
铜作为常用金属材料，因良好的导电和机械性能在工业材料中多有应用[1]，在空气及一般温和的环境中铜具有较好的耐蚀性。但是在海水这种富含氯离子及温度流速等多因素影响的复杂环境中铜的耐蚀性受到了很大的挑战[2]，铜基体会受到不同程度地损坏，因此使得工业成本增加，甚至由于材料的失修造成极大的安全隐患。
镍属于耐腐蚀的金属，具有很正的自腐蚀电位，在海洋工程领域也有广泛的应用。像海水淡化的冷凝管、热交换器等器件中都可以看到镍的应用[3]。但是镍为贵金属元素，应用传统的方法制备造成成本的增加。电沉积是最近几年发展起来的沉积方法，其设备简单，成本低，清洁无污染受到人们的广泛关注[4-5]。而恒电流沉积技术是电沉积方法中的一种，由于电子转移速率一致，成核速率不变，因此通过恒电流沉积制备的膜层致密均匀，与金属基体的结合性好而成为本文章的首选方法。
本文应用恒电流沉积的方法，在铜基体表面沉积镍层，研究了不同pH对沉积膜层抗蚀性能的影响。该实验所使用的方法及所得到的结论对研究铜基体的抗蚀性有一定的指导意义。
1实验
１.1实验方法
取成品铜片，分别用400、800、1000和2000的沙磨纸打磨，然后放到抛光机上抛光，待抛光到铜片无明显划痕，表面光亮为止。将铜片先后放于丙酮乙醇蒸馏水中各自清洗5分钟，除用氮气吹干备用。
电解质组成为NiSO4·6H2O（0.4750M），NiCl.6H2O（0.085M），H3BO3（0.325M），硼酸来缓冲pH，所有的试剂均为分析纯。在沉积中我们选择三电极体系。铜基体电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，在50℃不同pH下沉积。
1.2表征方法
采用德国布鲁克公司的D8型X射线衍射仪对样品进行物相分析，扫描范围10°～90°；形貌采用JSM-6700F扫描电镜分析。电化学电化学阻抗采用3.5wt%NaCl溶液模拟海水中进行。测试在Autolab Pgstat302N电化学工作站上进行的，在三电极体系中工作电极为沉积的镍电极，对电极为铂电极，参比电极为甘汞电极。
２结果和讨论
２.1XRD 分析
如图1所示为-3mA下沉积的膜层的XRD图谱。从图中可以看出两种不同的衍射峰，每两组相邻的衍射峰中排在之前的为铜的衍射峰，排在之后的为镍的衍射峰。在图谱中分别可以看到镍的标准四个晶面的衍射峰，尤其在（111）和（200）晶面的两个镍的衍射峰占据了主导地位。
２.2SEM 测试
图中展示的是pH=3/4/5下的沉积膜的扫描图片。在图a中看到pH=3下的沉积膜层的表面形貌似鱼鳞片状，颗粒尺寸较大，颗粒之间的致密程度不是很高。在pH=4和pH=5下的膜层表面形貌相似为致密的颗粒，表面似像是锥型的尖头露出。对比三个pH可以看出当pH=4时的表面最致密，颗粒也是最小的。
２.3电化学测试
电化学阻抗测试
电化学阻抗研究如图3所示。（a）、（b）图分别表示不同pH下的nyquist、bode图。从nyquist图中可以看到三个沉积条件下曲线的形状是相似的，沉积的镍膜的电容半径明显增大，在整个频率扫描中pH=4下紧紧展示了一个容抗弧，反应过程仅表现为一个腐蚀反应，其他两个pH下展示了两个不同的反应，在低频区形成了扩散阻抗，抗蚀性能较低。在bode图中修饰的镍膜的阻抗值有了明显的提升，在高频区，阻抗数值为基体裸铜的5倍左右。对比三个不同的pH，很明显当pH=4时的效果最佳。我们知道在沉积过程中当极化较大，氢气的析出是无可避免的。在pH=3下的极化作用是最强的，此时氢气的析出可能是最厉害的，从而导致膜层的致密性相对减弱，性能下降。而pH=5时的效果并没有一直提高，由此可知在反应中需要氢离子的参与，并且浓度要适中。通过形貌和性能表征可得到pH=4时是此试验中的最佳条件。
3结论
本文利用恒电流沉积在不同pH下制备了镍保护涂层。XRD显示在电流值为-3mA下沉积镍成功析出。扫描电镜下分析三个pH值下的形貌相似，当pH=4时最为致密。电化学测试可知，在pH=4下的膜层展示了最佳的抗蚀性能。
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参考文献
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［４］I. Baskaran, T.S.N. Sankara Narayanan, A. Stephen, Pulsed electrodeposition of nanocrystalline Cu–Ni alloy films and evaluation of their characteristic properties[J].Mater. Lett,2006,60(16):1990-1995
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