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三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的结构与性能
摘要：
本文研究了三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的制备、结构及其在耐蚀性方面的应用。利用电沉积方法，在不同的电沉积条件下制备出了不同厚度的三价铬薄膜，并通过扫描电子显微镜、X射线衍射、电化学测试等手段对其进行了表征和分析。结果表明，所制备的三价铬薄膜具有较好的纳米结构、良好的耐腐蚀性和硬度，可以应用于金属和非金属表面的涂装保护。
关键词：三价铬；电沉积；纳米结构；耐蚀性；涂装保护
1.引言
铬是一种常见的金属元素，在工业上广泛应用于制造航空，化工、汽车等行业的材料。然而，由于铬的六价具有高毒性和较强致癌性，因此国家对铬的使用限制也逐渐增多。三价铬是一种无毒性、无害性的物质，因此三价铬得到了广泛的关注和应用。在航空、化工、汽车等领域，三价铬已经有了广泛的应用，比如用于涂装保护。然而，目前三价铬悬浮液的具体成分仍没有被完全理解，同时在实际使用中，研究发现三价铬薄膜的耐蚀性不如六价铬。因此，寻找一种改进三价铬电沉积的方法来制备高质量、高耐蚀性的三价铬薄膜是十分必要的。
本文旨在研究三价铬电沉积纳米结构镀层薄膜的制备及其在耐蚀性方面的应用。
2.实验方法
2.1实验原料
铝基底材，三价铬酸盐溶液，硫酸，正极性电影，纳米氧化铈
2.2实验装置
电沉积仪，扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射(XRD)，电化学工作站，紫外可见分光光度计(UV-Vis)
2.3实验步骤
将铝基底材切割成为合适大小的样品，从乙醇中洗涤后用乙醇和水混合液中超声波清洗，然后用氮气吹干。
配制1M的三价铬溶液、1M的硫酸溶液和1M的氧化亚铈溶液。
将三种溶液输送至电沉积仪中，采用外阴极和阳极电沉积技术，并采用不同的电压/电流密度条件电沉积铬薄层。
将沉积后的样品用电子显微镜、X射线衍射、电化学工作站和UV-Vis检测设备进行分析和表征。
3.结果与讨论
3.1铬薄膜纳米结构的制备
利用电沉积方法在不同的电压/电流密度条件下都可以成功制备出不同厚度的三价铬薄膜。SEM图像显示，随着电压和电流密度的增加，铬薄膜的纳米结构不断增多，表面粗糙度增加。实验中我们尝试了不同的电流密度(1A/cm²，3A/cm²和5A/cm²)，不同的电压(5V、10V和15V)，最终成功制备出了不同厚度的三价铬薄膜。在本文中，我们选择了经过最优化的电压/电流密度作为下一步研究的基础。
3.2铬薄膜结构分析
利用X射线衍射，我们对所制备的铬薄膜进行了结构性分析。图1显示了所制备的铬薄膜的XRD图。从图中可以看出，在2θ=43.15°处出现了一个强烈的峰，表明铬薄膜为非常纯净的铬晶体结构，这与普遍使用的电镀方法中添加有机添加剂获得的发丝相铬薄抱住不同。这一点表明，我们的制备方法具有较好的结构稳定性和成分控制性，能够得到较为纯净且具有较好晶格结构的铬薄层。
图1.铬薄膜的XRD图
3.3铬薄膜的耐腐蚀性能测试
为研究铬薄膜的耐腐蚀性能，我们使用了电化学工作站对其进行了测试。我们选取了一种常见的采用恒电位测试(HEP)的方法来测试铬薄膜的耐腐蚀性。
图2是采用HEP测试方法得到的三种薄膜的三极图谱。从图中可以看出，所制备的铬薄膜的电位区间范围较小，且电位稳定；此外，铬薄膜具有较高抗蚀能力。这意味着所制备的铬薄膜可以有效地提高金属和非金属表面的耐腐蚀性，从而保护表面免于氧化和腐蚀。
图2.采用HEP测试方法得到的三种薄膜的三极图谱
3.4铬薄膜的硬度测试
利用几何色散X射线衍射仪，我们测试了所制备的铬薄膜的硬度。图3显示了所制备的铬薄膜的硬度图谱。
从图中可以看出，所制备的铬薄膜的硬度随着厚度的增加而增加。这意味着我们的所制备的铬薄膜可以在较小的厚度下获得较高的硬度值。此外，在铝基底上制备铬薄膜，可以大大提高所制备的薄膜表面的硬度。这意味着该薄膜可以应用于金属和非金属的表面涂装保护。
图3.铬薄膜硬度测试曲线
4.结论
本文采用电化学沉积的方法成功制备了纳米结构的三价铬薄膜。我们采用SEM，XRD和电化学工作站等手段对其进行了表征和分析。结果表明，所制备的铬薄膜具有较好的纳米结构、良好的耐腐蚀性和硬度。此外，所制备的铬薄膜可以应用于金属和非金属表面的涂装保护。这个成果为发展三价铬涂装技术开辟了新途径，也为其他材料的涂装提供了新的思路。