镍基合金及其纳米复合镀层电化学基础研究

• 作 者: 吕仙姿 蒋全通 张杰 史鹏 张建新 段继周 侯保
• 机 构: 中国科学院海洋研究所海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室; 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋腐蚀与防护开放工作室; 中国科学院海洋大科学研究中心; 重庆交通大学航运与船舶工程
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 镍基合金 纳米复合电镀 点蚀 电化学
• 基金项目: 国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目(41827805);国家自然科学基金(No.41376003)支持

镍基合金在高盐,高温,高湿的复杂且恶劣的环境中服役,其腐蚀实际上是一种独特的化学-电化学交互过程。腐蚀电化学研究方法具有快速灵敏、能够体现材料表面的实际腐蚀情况等特点,已应用于镍基合金腐蚀行为的研究中。本文采用电化学测试方法,包括极化曲线、阻抗谱及恒电位-恒电流瞬态响应方法等,对镍基合金电化学腐蚀过程中钝化膜的形成规律、点蚀的发生过程、腐蚀各阶段化学反应等进行研究,结合SEM、XPS等表征手段构建立基于溶质元素迁移过程的腐蚀模型。另外,从晶体学结构角度分析镍基合金不同晶体学取向耐蚀性差异较大的原因。燃气轮机热部件在高温和强腐蚀性环境下服役,除去对镍基合金本身要求较高外,对高温涂层表面和性能要求极高。纳米复合镀能够极大改善镀层的硬度和耐腐蚀耐高温氧化性能等。在镍基合金上进行纳米复合镀,通过添加纳米氧化锆和纳米氧化铝对传统电镀镍进行改性,探索和优化电流密度、镀液pH值、温度等电镀工艺参数,获得品质较好的Ni/ZrO2和Ni/Al2O3纳米复合镀层。利用电化学测试,包括循环伏安、计时安培、和交流阻抗研究Ni-ZrO2和Ni-Al2O3复合沉积行为,探索纳米颗粒对电沉积还原反应过程及Ni结晶形核/生长模式的影响。利用表征手段评价复合镀层的形貌和结构、镀层的粗糙度及镀层与合金基体的结合程度,利用极化曲线、交流阻抗谱等评价Ni-ZrO2和Ni-Al2O3复合镀层的耐蚀行为。本文为纳米复合镀应用于镍基合金防高温氧化和腐蚀上提供必要的理论支持,这对于促进镍基合金纳米复合电镀的应用具有重要的战略指导意义。