CN105132994A - 脉冲电沉积制备Ni-P-SnO2纳米复合镀层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲电沉积制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层的方法。首先按照要求配制镀液；然后对碳钢基体进行预处理，即砂纸打磨、蒸馏水洗、化学除油、蒸馏水洗、酸洗活化、蒸馏水洗；最后进行施镀。以沉积速率、显微硬度及表面形貌为考察指标，研究镀液中纳米SnO₂含量、电流密度、镀液温度、电镀时间、占空比以及频率对复合镀层性能的影响，确定最佳的施镀条件，本发明操作简单、方便、易于操作和控制，镀液稳定，不易变质，制备出的Ni-P-SnO₂具有优异的性能，且在模拟海水中具有优异的缓蚀性能，此镀层在功能复合镀领域具有不错的应用前景。

Description

脉冲电沉积制备Ni-P-SnO2纳米复合镀层的方法

技术领域

本发明属于脉冲电沉积技术领域，特别涉及一种脉冲电沉积制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层的方法。

背景技术

金属腐蚀与防护技术一直是国内外学者研究的热点。环境友好、高性能和长效防腐技术也是当今科学家的主要目标。金属的腐蚀与防护主要技术有表面处理与涂层技术、缓蚀剂技术、阴极保护技术。其中光致阴极保护技术是20世纪90年代由日本学者提出的新型阴极保护方法，将半导体薄膜涂覆在被保护金属上，在保护过程中半导体薄膜并不牺牲，可以成为永久性保护涂层，具有节省资源的优势。TiO₂是一种稳定、无毒、价廉的半导体材料，作为阴极保护涂层，一方面光照下可产生阴极保护作用，另一方面涂层的存在可以避免外加电流阴极保护法需要外加电源的缺点。但光致阴极保护技术也存在着一些技术问题：在碳钢等通用基底上结合力不牢固，对可见光利用率低（仅吸收紫外光），暗态下光生电子空穴快速复合使得其保护效率低，这几个问题是光致阴极保护技术走向实用化的关键，这对于在自然环境条件下实现碳钢等金属材料的防护具有重要的理论和实际意义。

为了解决光致阴极保护存在的上述问题，科学家们对TiO₂改性掺杂进行探索研究。在已有的研究中发现，在TiO₂薄膜中耦合具有储电能力的半导体氧化物可使其在暗态下释放储存的电子而延长阴极保护效率；而在TiO₂涂层中掺杂金属或非金属元素可使其带隙减小，增大可见光的利用率，但大多仍处于探索阶段，很多实际问题未得到解决。

利用脉冲电沉积技术在碳钢基体上先制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层中间层，不但可提高TiO₂涂层与基体的结合力，其次可发挥SnO₂的储电子能力，可使外层TiO₂涂层在暗态下继续维持光致阴极保护效果，加之Ni-P镀层在热处理后，Ni、P可作为掺杂元素掺杂到TiO₂涂层中，影响TiO₂能带结构，提高其对可见光的利用率，为光致阴极保护顺利实施提供支撑。此外，利用脉冲电沉积技术制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层的镀液配方及工艺方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲电沉积制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层的方法。

本发明思路：通过利用脉冲电沉积技术，将SnO₂纳米粒子与Ni、P共沉积，制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层，可作为基体与TiO₂层的中间层，提高TiO₂涂层与基体的结合力，镀层中SnO₂粒子可在发挥储电子能力，在暗态下延长光致阴极保护时间，此外镀层中Ni、P在热处理中可作为掺杂元素掺杂到TiO₂涂层中，提高其对可见光的利用率。本次制备的Ni-P-SnO₂纳米复合镀层本身具有优异性能，SnO₂粒子均匀分散到镀层中，镀层在3.5%的氯化钠溶液中缓蚀效率高达90%以上。

具体步骤为：

(1)配制镀液

a.将NiSO₄·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、H₂BO₃、NaH₂PO₄·H₂O、糖精、十二烷基硫酸钠分别溶解于蒸馏水配制溶液，其中NiSO₄·6H₂O浓度为120g/L、NiCl₂·6H₂O浓度为40g/L、H₂BO₃浓度为36g/L、NaH₂PO₄·H₂O浓度为20g/L、糖精浓度为2g/L，十二烷基硫酸钠浓度为0.1g/L，经容量瓶定容后陈化8h待用，所用试剂均为分析纯。

b.量取步骤(1)第a步配制的溶液注入电解槽内，调节pH值为4~4.5，加入粒径为95~105nm的纳米SnO₂粒子于上述溶液中，放入超声仪中进行超声震荡1h使纳米SnO₂粒子均匀分散且粒子浓度为2g/L。

(2)预处理碳钢基体

将碳钢基体按下列步骤进行预处理：砂纸打磨、蒸馏水洗、化学除油、蒸馏水洗、酸洗活化、蒸馏水洗、称重。

(3)进行施镀

将纯Ni板和步骤(2)预处理的碳钢基体固定在步骤(1)第b步使用的电解槽内，电解槽内盛有步骤(1)配制的镀液，其中纯Ni板作为阳极，步骤(2)预处理的碳钢基体作为阴极，并用导线与脉冲电源接好，将电解槽置于恒温水浴中，保证在施镀过程中，步骤(1)制得的镀液温度在55~60℃;设置脉冲参数，控制平均电流密度j _m=2~2.5A/dm²，占空比R为25~35%，脉冲频率为100~150Hz，脉冲时间为30~40min，进行施镀即制得Ni-P-SnO₂纳米复合镀层。

本发明操作简单、方便、易于操作和控制，镀液稳定，不易变质，制备出的Ni-P-SnO₂纳米复合镀层性能较好，具有不错的应用前景。

具体实施方式

实施例：

(1)配制镀液

a.将NiSO₄·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、H₂BO₃、NaH₂PO₄·H₂O、糖精、十二烷基硫酸钠分别溶解于蒸馏水配制溶液，其中NiSO₄·6H₂O浓度为120g/L、NiCl₂·6H₂O浓度为40g/L、H₂BO₃浓度为36g/L、NaH₂PO₄·H₂O浓度为20g/L、糖精浓度为2g/L，十二烷基硫酸钠浓度为0.1g/L，经容量瓶定容后陈化8h待用，所用试剂均为分析纯。

b.量取步骤(1)第a步配制的溶液注入电解槽内，调节pH值为4.3，加入粒径为100nm的纳米SnO₂粒子于上述溶液中，放入超声仪中进行超声震荡1h使纳米SnO₂粒子均匀分散且粒子浓度为2g/L。

(2)预处理碳钢基体

将碳钢基体按下列步骤进行预处理：砂纸打磨至光亮、蒸馏水洗、60℃碱液除油15min、蒸馏水洗、5%盐酸酸洗3min、蒸馏水洗、称重。

(3)进行施镀

将纯Ni板和步骤(2)预处理的碳钢基体固定在步骤(1)第b步使用的电解槽内，电解槽内盛有步骤(1)配制的镀液，其中纯Ni板作为阳极，步骤(2)预处理的碳钢基体作为阴极，并用导线与脉冲电源接好，将电解槽置于恒温水浴中，保证在施镀过程中，步骤(1)制得的镀液温度在60℃;设置脉冲参数，控制平均电流密度j _m=2A/dm²，占空比R为30%，脉冲频率为150Hz，脉冲时间为35min，进行施镀即制得Ni-P-SnO₂纳米复合镀层。

本实施例制得的Ni-P-SnO₂镀层致密完整，表面纳米粒子分布均匀，经X射线衍射仪测试镀层相结构，SnO₂纳米粒子分散在镀层中，镀钛下镀层为无定形态，经200℃、400℃、600℃热处理后逐渐晶化，且显微硬度在热处理后有显著提高；以带有Ni-P-SnO₂镀层的碳钢基为研究电极，在3.5%的氯化钠溶液中进行三电极体系测试，极化曲线和交流阻抗谱测试结果表明镀层具有优异的缓蚀效果，其缓蚀效果虽不及Ni-P镀层，缓蚀率却也高达90%以上，且脉冲电沉积制备Ni-P-SnO₂镀层与基体结合牢固，能够作为基体与TiO₂层的中间层，镀层中SnO₂粒子可发挥储电子能力，预计能够在暗态下延长光致阴极保护时间，Ni、P在热处理中能够作为掺杂元素掺杂到TiO₂涂层中，能够提高其对可见光的利用率。

Claims (1)

1.一种脉冲电沉积制备Ni-P-SnO₂纳米复合镀层的方法，其特征在于具体步骤为：

(1)配制镀液

a.将NiSO₄·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、H₂BO₃、NaH₂PO₄·H₂O、糖精、十二烷基硫酸钠分别溶解于蒸馏水配制溶液，其中NiSO₄·6H₂O浓度为120g/L、NiCl₂·6H₂O浓度为40g/L、H₂BO₃浓度为36g/L、NaH₂PO₄·H₂O浓度为20g/L、糖精浓度为2g/L，十二烷基硫酸钠浓度为0.1g/L，经容量瓶定容后陈化8h待用，所用试剂均为分析纯；

b.量取步骤(1)第a步配制的溶液注入电解槽内，调节pH值为4~4.5，加入粒径为95~105nm的纳米SnO₂粒子于上述溶液中，放入超声仪中进行超声震荡1h使纳米SnO₂粒子均匀分散且粒子浓度为2g/L；

(2)预处理碳钢基体

将碳钢基体按下列步骤进行预处理：砂纸打磨、蒸馏水洗、化学除油、蒸馏水洗、酸洗活化、蒸馏水洗、称重；

(3)进行施镀

将纯Ni板和步骤(2)预处理的碳钢基体固定在步骤(1)第b步使用的电解槽内，电解槽内盛有步骤(1)配制的镀液，其中纯Ni板作为阳极，步骤(2)预处理的碳钢基体作为阴极，并用导线与脉冲电源接好，将电解槽置于恒温水浴中，保证在施镀过程中，步骤(1)制得的镀液温度在55~60℃;设置脉冲参数，控制平均电流密度j _m=2~2.5A/dm²，占空比R为25~35%，脉冲频率为100~150Hz，脉冲时间为30~40min，进行施镀即制得Ni-P-SnO₂纳米复合镀层。