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超声辅助电沉积制备镍–钴–纳米氧化铝复合镀层及其性能研究
摘要
本研究中，我们使用超声辅助电沉积技术制备了一种新型镍–钴–纳米氧化铝复合镀层，并对其性能进行了研究。研究结果表明，采用超声辅助电沉积技术能够有效地使复合纳米颗粒弥散均匀，从而显著改善了复合镀层的光滑度和耐磨性能。此外，复合镀层表现出良好的耐腐蚀性和热稳定性，这使其在某些特殊的工业应用中表现出很好的潜力。
关键词：超声辅助电沉积，镍–钴–纳米氧化铝复合镀层，光滑度，耐磨性，耐腐蚀性
引言
在众多的工业应用中，涂层技术广泛应用于原材料、零部件和设备的表面保护和功能强化。而镍–钴合金涂层是其中一个十分重要的类别，它们展现出优异的性能，比如较高的硬度、较好的耐磨性、良好的耐腐蚀性等。除此之外，随着纳米材料的应用不断扩大，纳米复合涂层也成为越来越受关注的研究热点之一。
然而，纳米颗粒在涂层中的有效分散一直是一个难题，因为它们通常表现出很强的聚集性。近年来，超声辅助电沉积技术（UAE）被广泛认为是一种有效的方法，能够帮助纳米颗粒更好地分散在电沉积液中，并且具有优异的涂层性能。因此，本研究旨在采用超声辅助电沉积技术制备镍–钴–纳米氧化铝复合涂层，并评估其性能。
实验部分
实验步骤：
1.制备电沉积液
我们制备了复合电沉积液，其中含有镍、钴的盐酸盐、镁的硫酸盐，以及氧化铝的纳米粉末。各种盐酸盐和硫酸盐以及氧化铝纳米粉末通过依次加入去离子水中，在恒温搅拌下混合均匀。开始电沉积前，我们使用超声波技术对液体进行45分钟的处理，以确保纳米粉末能够均匀分散在电沉积液中。
2.电沉积过程
我们使用304不锈钢基材，以及电沉积液中的盐酸盐和硫酸盐，进行电沉积实验。正极连接需要电沉积的304不锈钢基材，负极为铁。在电沉积过程中，我们采用恒电位电沉积，恒电位为-1.0V。电沉积时间为20分钟。
3.热处理
我们对沉积在304不锈钢基材上的涂层进行了700℃下的热处理，以促进颗粒成长和固化。
结果与讨论
1.组织性能
我们使用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察制备的复合涂层的微观形貌。Fig.1和Fig.2分别显示了电沉积镍–钴–纳米氧化铝复合涂层的SEM图像和TEM图像。可以看出，纳米氧化铝颗粒均匀地分散在表面的钝化层中，形成典型的奥氏体钝化层复合结构。此外，复合涂层表面非常平滑，没有明显的裂纹或引导锥，表明该方法有效地解决了纳米颗粒分散不均匀的问题。
图1镍–钴–纳米氧化铝复合涂层的SEM图像。
图2镍–钴–纳米氧化铝复合涂层的TEM图像。
2.摩擦学性能
我们使用球盘式摩擦磨损测试机对制备的复合涂层进行了耐磨性能测试。图3显示了使用不同载荷（10–40N）下制备复合涂层和空白基材的磨损行为。如图所示，当增加载荷时，空白基材的磨损率急剧增加，而制备涂层的磨损率相对较低，尤其在较高载荷下表现出更好的耐磨性能。这可以归因于复合涂层表面的硬度和平滑度，有效地阻止了基材的磨损。
图3镍–钴–纳米氧化铝复合涂层和空白基材的磨损率图。
3.腐蚀性能
我们使用恒电位扫描（EIS）测试仪对复合涂层的耐腐蚀性能进行了评估。图4显示了在3.5%氯化钠溶液中，复合涂层和空白基体的扫描电流密度随时间的变化图。可以看出，相比于空白基材，复合涂层表现出更好的耐腐蚀性，这可以归因于纳米氧化铝颗粒在涂层中的有效分散，进而有效阻止了钝化层的破损。
图4镍–钴–纳米氧化铝复合涂层和空白基材的电化学行为。
结论
我们使用超声辅助电沉积技术制备了一种镍–钴–纳米氧化铝复合涂层，并对其性能进行了评估。SEM和TEM图像表明，纳米氧化铝颗粒均匀分散在表面的钝化层中，从而显著改善了复合镀层的光滑度和耐磨性能。涂层表现出优异的耐腐蚀性和热稳定性，这使其在某些特殊的工业应用中表现出很好的潜力。我们的实验结果表明超声辅助电沉积技术是一种有效的方法，能够制备出具有良好性能的镍–钴–纳米氧化铝复合涂层。