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论文·锰−铜合金丨化学镀Ni–Sn–P和磁控溅射TiN对Mn–Cu合金 耐腐蚀性能和阻尼性能的影响【薛令 曾波 陈广 王均】

   2020-09-11 1200
核心提示:化学镀NiSnP和磁控溅射TiN对MnCu合金耐腐蚀性能和阻尼性能的影响薛令,曾波,陈广,王均(四川大学机械工程学院)作者简介:薛令
 

 

 

化学镀Ni–Sn–P和磁控溅射TiN对Mn–Cu合金耐腐蚀性能和阻尼性能的影响

薛令,曾波,陈广,王均(四川大学机械工程学院)

作者简介:薛令,研究生,研究方向是金属材料的表面处理。

基金项目:四川省科技计划项目(2020YFG0095)。

 

文章节选

2 结果与讨论

2. 1 Ni–Sn–P合金镀层和TiN层的表面形貌

从图1a可知,Mn–Cu合金表面存在较大的沟槽,粗糙度较大,其组成(各元素以质量分数表示,下同)为:Mn 69.77%,Cu 23.17%,Ni 4.23%,Fe 2.83%。由图1b可知,Ni–Sn–P合金镀层表面由纳米级的球形颗粒堆积而成,颗粒的堆积方向正是沿着砂纸的打磨方向,这是因为沟槽增大了基体的比表面积,令附近区域表面活性提高,有利于镀层原子的堆积。

 

另外,因镀前基体表面沟槽过深,镀层难以填满,所以镀层表面不够平整。Ni–Sn–P合金镀层的组成为:Ni 81.35%,Sn 6.55%,P 12.1%。从图1c可知,磁控溅射TiN层表面平整,其组成为:Ti 58.08%,N 14.91%,O 27.01%。

 

 

2. 2 Ni–Sn–P合金镀层和TiN层的截面形貌

从图2可知,Mn–Cu合金表面化学镀所得Ni–Sn–P合金的厚度约为5.42 μm,分布均匀,主要含Ni和P。磁控溅射所得TiN层比化学镀Ni–Sn–P合金层薄,仅1.43 μm厚。

 

2. 3 XRD分析

XRD分析采用掠入射方式,因此衍射深度只有几百纳米。从图3可知,Mn–Cu合金呈现典型的面心立方(fcc)γ相结构,其衍射峰的晶面指数由低到高分别为(111)、(200)和(220)。化学镀Ni–Sn–P合金层只在2θ为45°附近存在1个馒头峰,说明它是非晶态结构。磁控溅射TiN层表面除了TiN相外,还含有Ti2O3,EDS分析也检测出其中含有较多的O,说明其表面存在钛的氧化物。

 

2. 4 塔菲尔曲线和EIS谱图

采用电化学工作站自带软件对图4a所示的3种试样的Tafel曲线进行拟合得到表1所示的腐蚀电位(φcorr)、腐蚀电流密度( jcorr)和腐蚀速率(vcorr)。从中可知,化学镀Ni–Sn–P合金的腐蚀电位最正,腐蚀电流密度最低,说明其耐蚀性最佳,磁控溅射TiN层次之,Mn–Cu合金基体的耐蚀性最差。

 

从图4b可知,3种试样在3.5% NaCl溶液中的EIS谱图都呈现为1个半圆形的电容环,但它们的直径不同。在阻抗谱的高频段,电解质溶液渗入镀层的微孔内,腐蚀过程沿着孔隙向基体方向进行,该过程进行的难易程度可由高频段容抗弧的直径大小反映出来。

 

容抗弧的直径越大,镀层的孔隙率越低,腐蚀反应越难进行,耐蚀性也就越好。可见Ni–Sn–P合金镀层的容抗弧半径最大,其次为TiN层,Mn–Cu合金最差。该结果与Tafel曲线的分析结果相同。

 

 

2. 5 阻尼性能

从图5可知,3种试样的内耗都是随应变振幅的增加几乎呈线性增大。在相同的应变条件下,化学镀Ni–Sn–P试样的内耗最高,磁控溅射TiN试样的内耗略低于未处理试样。这表明化学镀Ni–Sn–P合金有利于提升Mn–Cu合金的阻尼性能,而磁控溅射TiN层会使基体的阻尼性能有轻微下降。

 

3 结论

在Mn–Cu合金表面化学镀1 h和磁控溅射2 h,分别获得了约5.42 μm厚的Ni–Sn–P合金镀层和厚约1.43 μm的TiN层。着重对比了化学镀Ni–Sn–P合金和磁控溅射TiN对Mn–Cu合金耐腐蚀性能和阻尼性能的影响。

 

结果表明,两种表面处理工艺均能改善Mn–Cu合金的耐蚀性,其中Ni–Sn–P合金镀层的耐蚀性更好。化学镀Ni–Sn–P合金过程并不会使Mn–Cu合金的阻尼性能恶化,反而有一定的提升;磁控溅射则使基体的阻尼性能轻微下降。因此推荐采用化学镀Ni–Sn–P合金来处理Mn–Cu合金。

 

 
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