镍钴合金镀层薄膜的制备及其变形腐蚀行为研究

论文摘要

镍具有优良的物理、化学和机械性能,采用电镀方法制备的镍镀层薄膜材料已广泛应用于灯具、车辆、电池、印刷等工业领域,对材料的防护和装饰起到了重要的作用。本课题组将传统的电镀工艺与现代材料加工技术相结合,研制出一种新型高性能电池外壳材料—覆镍深冲钢带,也是镍镀层薄膜材料应用的一个典型实例。与单金属镍镀层相比,镍钴合金镀层除具有较好的磁性能以外它还由于具有更高的硬度、更好的耐腐蚀性能和耐磨性等性能,镍钴合金镀层已成功应用于微系统的传感器、马达、继电器和应变片。根据国外产品表明在镀镍钢带中添加少量的钴除可以提高电池的储存性能外还可以提高电池外壳的耐腐蚀性能和耐磨性能,有利于电池生产装配和较长时间的存储。论文试图根据国外（Crous集团公司）最新推出的含钴镀镍钢带,研究该产品中的其中一部分工作,即镍钴合金镀层的制备及其变形行为下的耐腐蚀性能,为该产品的国产化做基础性的研究工作。论文主要进行了以下三个方面的研究工作:1、论文在不同电沉积镍钴合金工艺条件下制备出了钴含量低于15%的镍钴合金镀层,其外观和镍镀层基本一致。2、论文对制备出的不同镍钴合金镀层进行了成分测试、表面形貌表征、内应力测量、显微硬度及电阻率的测试。结果表明:（1）电镀液中硫酸钴含量在0-2g/L范围内时,随着钴盐的加入,镀层结晶细化,晶格排列整齐,硬度增加。镀液中硫酸钴含量等于2g/L时,电阻率出现了一个较小值,当镀液中硫酸钴含量超过5g/L后,镀层结晶不再继续细化,拉伸内应力明显增加。（2）在硫酸钴含量为2g/L的镀液中,我们研究了工艺参数（Dk、T）对镀层显微硬度、成分、内应力和电阻率的影响。结果表明:（a）随着电流密度的增大,镀层晶粒尺寸增大镀层的致密性下降、镀层的显微硬度下降、内应力增加、电阻率也伴随着增加。（b）随着电镀温度的增加,镀层中钴含量增加、镀层的内应力减小、显微硬度增加、样品的电阻率增加。3、论文采用中性盐雾试验和电化学方法对不同冷轧变形量的样品进行了耐腐蚀性能的研究。结果表明:对该样品进行4%左右的冷轧加工,可以提高样品的耐腐蚀性能。综上所述,论文得出了优化的镍钴合金镀层制备工艺:250g/L NiSO4·6H2O,35g/L H3BO3,30g/L NiCl2·6H2O,2g/L CoSO4·7H2O,Dk=5A/dm2、pH=4、电镀温度为50oC。在该工艺中条件下制备出的镍钴合金镀层,钴含量较低、镀层结晶细致、内应力较小、样品电阻率较低。对该样品进行4%左右的冷轧加工,可以提高镍钴合金镀层的耐腐蚀性能。

论文目录

• 摘要
• Abstracts
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 电镀的基本理论
• 1.2.1 金属电沉积的过程
• 1.2.2 金属电沉积原理
• 1.3 合金电沉积
• 1.3.1 合金电沉积的发展
• 1.3.2 合金电沉积的条件
• 1.3.3 电沉积合金的类型和特点
• 1.3.4 合金沉积层的应用
• 1.3.5 镍钴合金沉积层的应用
• 1.4 电镀参数对合金电沉积的影响
• 1.4.1 电解液中主盐浓度比对合金成分的影响
• 1.4.2 电流密度对合金成分的影响
• 1.4.3 温度对合金成分的影响
• 1.4.4 搅拌速度对沉积层质量的影响
• 1.5 论文的选题依据和主要内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 主要工作
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 电沉积镍钴合金的试验装置
• 2.2 电镀镍钴合金的阳极选择
• 2.3 电镀镍钴合金所用的镀液类型和镀前处理
• 2.3.1 电镀液的选择
• 2.3.2 样品的镀前处理
• 2+, Co²⁺离子浓度的测定'>2.4 电解液中Ni²⁺, Co²⁺离子浓度的测定
• 2+浓度的确定'>2.4.1 电解液中Ni²⁺浓度的确定
• 2+浓度的确定'>2.4.2 电解液中Co²⁺浓度的确定
• 2.5 实验分析方法
• 2.5.1 镍钴合金镀层成分分析
• 2.5.2 镍钴合金镀层显微硬度的测定
• 2.5.3 镍钴合金镀层表面形貌的观察
• 2.5.4 镀镍钴钢带电阻率的测量
• 2.5.5 镍钴合金镀层耐蚀性能的表征
• 2.5.6 镍钴合金镀层内应力的测量
• 2.5.7 拉伸实验
• 2.5.8 冷轧试验样品的制备
• 2.6 本章小结
• 第三章 电沉积参数对镍钴合金镀层性能的影响
• 3.1 镀液中硫酸钴含量的影响
• 3.1.1 镀液中硫酸钴含量对沉积层中钴含量的影响
• 3.1.2 镀液中硫酸钴含量对沉积层的硬度的影响
• 3.1.3 镀液中硫酸钴含量对沉积层的内应力的影响
• 3.1.4 镀液中硫酸钴含量对沉积层的表面形貌的影响
• 3.1.5 镀液中硫酸钴含量对镍钴合金镀层耐蚀性能的影响
• 3.1.6 镀液中硫酸钴含量对镀镍钴钢带的电阻率的影响
• 3.1.7 镀液中硫酸钴含量对镀镍钴钢带的拉伸性能的影响
• 3.2 阴极电流密度的影响
• 3.2.1 阴极电流密度对镀层中钴含量的影响
• 3.2.2 阴极电流密度对镀层表面形貌的影响
• 3.2.3 阴极电流密度对镀层硬度的影响
• 3.2.4 阴极电流密度对镀镍钴钢带的电阻率的影响
• 3.3 电镀温度的影响
• 3.3.1 电镀温度对镀层中钴含量的影响
• 3.3.2 电镀温度对镀层显微硬度的影响
• 3.3.3 电镀温度对镀镍钴钢带的电阻率的影响
• 3.4 讨论
• 3.4.1 镍钴合金镀层中钴含量的影响因素
• 3.4.2 镍钴合金镀层显微硬度及其影响因素
• 3.4.3 镍钴合金镀层表面形貌
• 3.4.4 镀镍钴钢带的电阻率影响因素
• 3.4.5 镀镍合金镀层的内应力影响因素
• 3.5 本章小结
• 第四章 冷轧变形对镀镍钴钢带腐蚀性能的影响
• 4.1 变形对材料腐蚀性能的影响
• 4.2 镀镍钴钢带在电池钢壳生产中的应用
• 4.3 冲压成型基本理论
• 4.4 镀镍钴钢带的冲压成型
• 4.5 冷轧对镀镍钴钢带腐蚀性能的影响
• 4.5.1 中性盐雾实验
• 4.5.2 电化学测试结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 论文展望和建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文目录