镍铼合金电镀工艺及电化学行为研究

作     者：嵇海 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵晴

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：酸性柠檬酸盐体系 镍铼合金电镀 催化 铼含量 

摘      要：镍铼合金因其优秀的综合性能,在航天航空、石油化工有着一定的应用前景。本文确定了酸性柠檬酸盐体系镍铼合金电镀工艺,研究柠檬酸/Ni的摩尔比和Ni浓度对镀层铼含量和镀液电流效率的影响;通过三维显微镜、XRD研究了铼含量对镍铼合金镀层表面形貌及微观结构的影响;通过不同镀层在1000°C下氧化动力学曲线研究镍铼合金镀层的恒温抗氧化性;通过阴极阴极极化曲线及循环伏安曲线等电化学方法对镍铼合金的电沉积行为进行了研究,推测了合金的还原过程与控制步骤,分析了镀液组分及温度对镍铼合金镀层中铼含量影响的内在原因,其主要研究结果如下:酸性柠檬酸盐体系镍铼合金电镀的工艺条件:电流密度Jc为4 A/dm,温度60°C0°C,pH=5,保持镀液中铼酸铵30 mmol/L、硼酸30 g/L、糖精1 g/L、十二烷基硫酸钠0.1 g/L不变,通过调整镀液中镍离子浓度(30 mmol/L50 mmol/L)获得Re含量在16 wt%8 wt%的Ni-Re合金镀层;镀液中镍离子浓度为040 mmol/L时,镍的沉积对铼还原起催化作用,在C=240 mmol/L时,J=30.06 mA/cm、Re沉积电流效率为66.9%;Re含量≤43 wt%的Ni-Re合金镀层微观表面平整细致,其xrd衍射峰角度与纯镍相近,形成以Re为溶质,Ni为溶剂的置换固溶体的晶体结构,而Re含量≥52 wt%时,Ni-Re合金转化为非晶态镀层。随着镀层中Re含量的升高,Ni-Re合金镀层自腐蚀电位正移,Ni-Re(80at%)合金镀层腐蚀电流I=1.467 uA/cm,其极化电阻是Ni-Re(52at%)的4倍;Ni-Re合金镀层与纯镍镀层氧化增重速率常数分别为0.1503和0.1918,说明镍铼合金镀层恒温抗氧化性优于纯镍镀层。在pH=4和5时,镍铼合金镀液中,柠檬酸镍的主要络合形式为[NiCit],均占到99.99%,其还原过程为NiCit=Ni+Cit,Ni+2e=Ni,ReO+2H+2e+Ni=ReO+HO+Ni,ReO+6H+5e=Re+3HO,其放电过程为不可逆过程;由于电位较负的镍优先析出,因此在酸性柠檬酸盐体系镍铼合金属于非正常共沉积;在-0.65V0.75V区间内,主要发生的是柠檬酸镍络合物的前置转化,在-0.75V0.85V区间内,主要发生合金的电沉积;60°C下不同电位区间的阴极传递系数分别为an=0.2788和an=0.1967,交换电流密度分别为j=9.8362×10和j=1.0319×10,这说明在Ni-Re合金镀液中[NiCit]转为游离Ni的步骤决定之后Ni、ReO的还原反应速率;Ni、Re单独沉积和不同组分Ni-Re合金共沉积的电化学行为表明:镍离子浓度的升高使镍铼合金析出电位逐渐正移,形核过电位减小,极化度降低;当镍离子浓度大于240 mmol/L时,其阴极极化曲线与纯镍相似,此时合金以Ni沉积为主。