第3期 史艳华：F浓度对20号钢表面电镀FeN哈金镀层的影响 315 (111) 0铁纹石柑 600 A Ni 口F0.64\036 550 4 △镍议石相 500 (200 22021311222 450 0.11 moi-L 2008P 400 0.055 mol-L- 350 300 0.011mlL 250 0 0.020.040.060.080.10 Fe浓度mL- 2030405060708090100120 20) 图4F+浓度对镀层显微硬度的影响 F4 Infuence of Fe+cancentaton on coatingmicohardness 图3不同F@+浓度获得Fe-N哈金镀层的XRD图谱 Fg3 X-ray diffract知阳ttems ofFeNi alby ooatings with FeN键有序固溶，产生较均匀的晶格畸变（见2.2 diffeent Fet concenta tions 所述，使合金镀层的显微硬度显著提高：当固溶F 构，而Fe与N的原子半径相差不超过l%,NiFe 原子量增多时，将形成无序固溶或偏聚固溶，出现 的原子半径分别为0.125m和0.124四F源子可 F肥F键产生不均匀的晶格畸变，反而降低晶体 以用置换的方式固溶到N的晶格中形成不同含铁 间结合强度，造成显微硬度降低 量的F0.64N0.36镍纹石相和铁纹石相，同时产 2.4镀液中F飞浓度对镀层耐蚀性的影响 生一定程度的晶格畸变.与标准PDF卡片相对照， 不同F浓度镀液获得不同含铁量的FENi 图谱中F.64N0.36和镍纹石各衍射峰所对应的 合金镀层，不同含铁量镀层和20号钢基体在3.% 20值左移，晶面间距变大，而铁纹石各衍射峰所对 NC溶液中的极化曲线如图5所示，从极化曲线测 应的20值右移，晶面间距变小. 得的自腐蚀电位和自腐蚀电流如表1所示.由图5 采用Sche公式对20为44和82两衍射峰对 和表1可以看出：不同含铁量镀层的自腐蚀电位均 应的晶粒尺寸进行计算，随着镀层中含铁量增加， 比20号钢基体正很多，当F+浓度为0.01mo4上1 NiF.64N0.36和镍纹石相的晶粒尺寸由21m 时，曲线上的自腐蚀电位最正，自腐蚀电流密度最 细化为11.5四铁纹石相的晶粒尺寸由24.5增 低在阳极段曲线上出现明显的钝化区，该浓 大到32.8m可见电镀Fe-N哈金可获得纳米级 度镀液获得的镀层在3.%Na℃溶液中具有较好 微晶结构，Fe元素细化高含N的FeN哈金相的 的耐蚀性，比基体耐蚀性提高5倍多.随着镀液中 同时也粗化了高含F的铁纹石相.衍射峰的变化 F+浓度增大，所得试样的极化曲线不再出现钝化区， 说明随着镀层中含F量的增加，细化的高含N的 自腐蚀电位均负移，自腐蚀电流密度增大，但自腐蚀电 流密度与镀液中F浓度间变化规律不明显. FCN哈金相数量减少，高含F的铁纹石相数量 增加. 2.3镀液中F浓度对镀层显微硬度的影响 0.I mol L 图4为镀液中F浓度与镀层的显微硬度的 0.07olL 关系曲线.由图可见：单纯的镀镍层的显微硬度仅 为274HV,随着镀液中F+浓度增大，镀层的显 0.03 0.01ml+L 微硬度先增大后减小，当镀液F浓度为0.01mo例 mnlL L时，显微硬度存在最大值为569HV当F+浓度 为0.03~0.07m01L时出现一个显微硬度平台， -(0.8 -0.6 0.402 0 02 约为520HV 自腐蚀电位八NSCE) 分析认为：镀层显微硬度的变化与F©原子在 图5不同Fe+浓度获得N-F哈金镀层在3.5%NaC溶液 N晶格中有序固溶程度有关.FeN键强于N+ 中的极化曲线 N键纯镍镀层由NN键组成，显微硬度较低； Fig 5 Polariz tion curves for NiFe alby coa tings with different 当N的晶格中固溶少量Fe原子时，可形成强的 Fe+concen ti知snhe35%NaCI out知第 3期 史艳华 :Fe2+浓度对 20号钢表面电镀 Fe--Ni合金镀层的影响 图 3 不同 Fe2 +浓度获得 Fe-Ni合金镀层的 XRD图谱 Fig.3 X-raydiffractionpatternsofFe-Nialloycoatingswith differentFe2+ concentrations 构 ,而 Fe与 Ni的原子半径相差不超过 1%, Ni、Fe 的原子半径分别为 0.125nm和 0.124nm, Fe原子可 以用置换的方式固溶到 Ni的晶格中形成不同含铁 量的 Fe0.64Ni0.36、镍纹石相和铁纹石相 , 同时产 生一定程度的晶格畸变 .与标准 PDF卡片相对照 , 图谱中 Fe0.64Ni0.36和镍纹石各衍射峰所对应的 2θ值左移, 晶面间距变大, 而铁纹石各衍射峰所对 应的 2θ值右移,晶面间距变小. 采用 Scheler公式对 2θ为 44°和 82°两衍射峰对 应的晶粒尺寸进行计算 , 随着镀层中含铁量增加 , Ni、Fe0.64Ni0.36和镍纹石相的晶粒尺寸由 21 nm 细化为 11.5 nm, 铁纹石相的晶粒尺寸由 24.5 nm增 大到 32.8 nm.可见电镀 Fe--Ni合金可获得纳米级 微晶结构, Fe元素细化高含 Ni的 Fe--Ni合金相的 同时也粗化了高含 Fe的铁纹石相.衍射峰的变化 说明随着镀层中含 Fe量的增加 ,细化的高含 Ni的 Fe--Ni合金相数量减少 , 高含 Fe的铁纹石相数量 增加. 2.3 镀液中 Fe 2 +浓度对镀层显微硬度的影响 图 4 为镀液中 Fe 2 +浓度与镀层的显微硬度的 关系曲线.由图可见 :单纯的镀镍层的显微硬度仅 为 274 HV [ 3] , 随着镀液中 Fe 2 +浓度增大, 镀层的显 微硬度先增大后减小 ,当镀液 Fe 2 +浓度为 0.01 mol· L -1时 ,显微硬度存在最大值为 569HV,当 Fe 2 +浓度 为 0.03 ～ 0.07 mol·L -1时出现一个显微硬度平台 , 约为 520 HV. 分析认为:镀层显微硬度的变化与 Fe原子在 Ni晶格中有序固溶程度有关.Fe— Ni键强于 Ni— Ni键, 纯镍镀层由 Ni— Ni键组成 , 显微硬度较低 ; 当 Ni的晶格中固溶少量 Fe原子时, 可形成强的 图 4 Fe2 +浓度对镀层显微硬度的影响 Fig.4 InfluenceofFe2 +concentrationoncoatingmicrohardness Fe— Ni键有序固溶 ,产生较均匀的晶格畸变 (见 2.2 所述 ),使合金镀层的显微硬度显著提高 ;当固溶 Fe 原子量增多时, 将形成无序固溶或偏聚固溶 , 出现 Fe— Fe键, 产生不均匀的晶格畸变 , 反而降低晶体 间结合强度,造成显微硬度降低. 2.4 镀液中 Fe 2 +浓度对镀层耐蚀性的影响 图 5 不同 Fe2 +浓度获得 Ni-Fe合金镀层在 3.5% NaCl溶液 中的极化曲线 Fig.5 PolarizationcurvesforNi-Fealloycoatingswithdifferent Fe2 +concentrationsinthe3.5% NaClsolution 不同 Fe 2 +浓度镀液获得不同含铁量的 Fe--Ni 合金镀层 ,不同含铁量镀层和 20号钢基体在 3.5% NaCl溶液中的极化曲线如图 5所示 ,从极化曲线测 得的自腐蚀电位和自腐蚀电流如表 1所示 .由图 5 和表 1可以看出:不同含铁量镀层的自腐蚀电位均 比 20号钢基体正很多,当 Fe 2 +浓度为 0.01mol·L -1 时, 曲线上的自腐蚀电位最正 , 自腐蚀电流密度最 低,在阳极段曲线上出现明显的钝化区, 该 Fe 2 +浓 度镀液获得的镀层在 3.5% NaCl溶液中具有较好 的耐蚀性 ,比基体耐蚀性提高 5倍多 .随着镀液中 Fe 2 +浓度增大,所得试样的极化曲线不再出现钝化区, 自腐蚀电位均负移,自腐蚀电流密度增大,但自腐蚀电 流密度与镀液中 Fe 2 +浓度间变化规律不明显. · 315·