2016年埃及基础科学与应用科学杂志3：富锌镀层上超感应MgO复合物的组织演变与表征

埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1主办方：完整文章富锌镀层上超感应MgO复合物的组织演变及表征OSI Fayomia，b，*，O.O.约瑟夫，议员。Mubiayic，B.M.Durodolad，O.加布里埃尔aa圣约大学机械工程系，材料和腐蚀实验室，P.M.B 1023，Ota，Ogun State，尼日利亚b茨瓦内理工大学化学、冶金和材料工程系，P.M.B.X680，比勒陀利亚，南非c约翰内斯堡大学Kingsway校区机械工程系，邮政信箱524，南非约翰内斯堡d圣约大学化学系，P.M.B 1023，Ota，Ogun State，尼日利亚A R T I CL EI N F OA B S T R A C T文章历史记录：接收日期：2015年1月28日接收日期：2015年5月17日2015年5月29日接受2015年6月24日在线发布保留字：热性能Zn-MgO陶瓷膜腐蚀微观结构研究了直接电解共沉积法制备的Zn-MgO镀层在低碳钢上的应用效果实验在0.5和1 A/cm-2之 间的 电流 密 度下 进 行。 利 用原 子力 显 微镜 （AFM ） 、高 分 辨率 尼 康光 学显 微 镜（OPM）和扫描电子显微镜（SEM/EDX）对涂层表面的形貌进行表征。在3.5%的模拟环境中，用线性动电位极化法研究了该合金的腐蚀行为。使用X射线衍射图（XRD）评估相变。用硬脑膜扫描硬度计分析了镀层的显微硬度特性陶瓷复合材料的稳定性通过在200°C下热处理 4小时来测定。结果表明，涂层的结构行为和耐蚀性与复合材料诱导颗粒和外加电流密度有关发现MgO含量超过最佳值后，并不引起显微硬度级数的增加。施加电流的减小最大程度地影响沉积物粘附特性。Zn-20 MgO合金在0.5A/cm 2时236.4HVN的热稳定性提高，腐蚀性能增强，这与其化学成分、相含量以及Zn和MgO对碳钢的协同作用有关© 2015曼苏拉大学。由Elsevier B. V.制作和托管。这是一个CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。*通讯作者。 联系电话： +27719811277。电子邮件地址：ojosundayfayomi3@gmail.com;ojo. covenantuniversity.edu.ng（O.S.I.Fayomi）。http://dx.doi.org/10.1016/j.ejbas.2015.05.0072314- 808 X/© 2015曼苏拉大学。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirect杂志主页：http://ees.elsevier.com/ejbas/default.asp2埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1表1元件CMNSiPSAlNiFe组合物0.150.450.180.010.0310.0050.008平衡1.介绍结构、耐腐蚀性能、硬度和热研究。共沉积 与 的 帮助 的 复合 涂层 是一防止腐蚀和机械故障简单和成本有效的方法。镀液中某些合金元素的存在显著影响镀层的形态、生长和动力学。然而，通过选择适当的电镀参数，电沉积仍然可以得到具有良好表面光洁度的更好涂层，其将表现出高度的耐腐蚀性和机械性能，例如显微硬度、耐磨性、延展性、强度和装饰性[1研究表明，沉积涂层的特性取决于几个因素，包括pH值，电流密度，施加电压，浴组合物温度和添加剂[6由于锌金属具有优异的耐腐蚀性和耐磨性以及较长的使用寿命，锌金属在复合镀层中的应用越来越受到表面技术和腐蚀防护的关注。然而，与Cu、Ni和其他合金相比，Zn基质在复合涂层的生成中的使用很少[17通过物理气相沉积（PVD）制备Ti-Si-N薄膜，旨在提高TiN涂层的耐磨性[18-23]。研究了Zn-TiO2沉积物对金属表面形态的影响[14-19]，并得出结论，纳米颗粒对沉积物表面形态具有强烈影响。一些研究[24-与这些合金化金属相反，文献中关于MgO对Zn涂层的不同添加的影响的信息很少。本文讨论了镀液组成和沉积电位对Zn-MgO镀层物理和电化学性能的影响。采用线性极化法、塔菲尔分析法和40 °C下3.65%氯化钠溶液中的腐蚀速率法分析了其防腐蚀本工作的目的是研究MgO在富锌精矿中的影响，同时考虑其2.材料和方法2.1.电沉积过程配制的沉积浴由150 gL−1 ZnCl、70 gL−1 KCl、20-40 gL −1MgO、10 gL −1 H 3 BO 3、5 gL −1甘氨酸和5 gL −1硫脲组成使用分析试剂和去离子水来制备电镀溶液。在共沉积之前，MgO在其它添加剂的存在下，将20μ m的颗粒加入到浴电解质中在连接到实验室整流器的设置容器上实现沉积设置测试。通过磁力搅拌器在40 °C下以约IOOrpm实验在0.5至1 Acm−2的电流密度和0.3至0.6伏的施加电位 使用20 mm× 40 mm×2mm的碳钢板作为阴极。采用25 mm× 50 mm× 3 mm的矩形锌板作为阴极基体，并对其表面进行了充分的处理。衬底的化学组成描述于表1中，且变化的沉积参数说明于表2中。在沉积之前，将工作基材机械抛光、脱脂并用水冲洗。使 用 抛 光 机 用 60µm 、 120µm 、 400µm 、 800µm 和1600µm等级的金刚砂纸进行表面制备。将基底依次在乙醇和蒸馏水中清洗10分钟，用5%H2SO4冲洗，在蒸馏水中洗涤，然后立即浸入配制的浴中以允许目标陶瓷复合涂层的沉积。2.2.显微硬度计用基于高Dura金刚石的维氏显微硬度计测量沿着涂覆样品的表面的显微硬度在本研究中使用50 g的压痕载荷和10 s的加载时间。取平均等间距，求平均值。表2 -样本顺序材料样品沉积时间电流密度（A/cm2）添加剂浓度（g）空白––––样品1-B1Zn-20-MgO150.520样品2-B2Zn-20MgO151.020样品3-B3Zn-40MgO150.540样品4-B4Zn-40MgO151.0403埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1图图1-2.3.结构和相组成研究了电解沉积法制备的Zn/MgOMMC涂层的化学组成其固定在±1.5 mV之间。通过塔菲尔腐蚀分析，得到了腐蚀速率、电位和线性极化电阻。使用扫描电子显微镜（SEM），能量色散X射线光谱仪（EDS）。用PANalytical EMPYREANX射线衍射仪在45 kVand40 mA和25 °C下使用CuKα辐射进行相2.4.电化学研究电化学研究使用Auto lab PGSTAT 101 Metrohm恒电位仪，使用三电极电池组件在40 °C的3.65%NaCl静态溶液中进行。所开发的复合物为工作电极，铂电极用作对电极，Ag/AgCl用作参比电极。以0.012V/s的恒速扫描记录阳极和阴极极化曲线3.结果和讨论3.1.形态表征用Zn-MgO合金制备的复合镀层的显微组织如图1和图2所示.1和2.在20 g/L的添加剂浓度下0.5 A/cm2的界面能使镁在界面上均匀、光滑、稳定地分散。在这种情况下，涂层与基材结合良好，EDX表明预期的主要元素混合成分应当注意，由于MgO的适度成核进展和转移速率，MgO的总含量非常稳定。的微粒在关系到的最佳工艺图图2-4埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1图Zn-20MgO-0.5A/cm2的3- AFM形貌图案。变量这一观察结果与报告的情况[17-而Zn-40 MgO在1.0A/cm2电流密度下形成的涂层组织为固态晶体的团聚，分散膜少，不能很好地结合这一挑战与电解液中颗粒物的增加有关换句话说，这种涂层的特征由于在富锌电解质中陶瓷氧化物的过度掺杂由于扩散问题，发现MgO的添加不支持并有助于金属基质涂层的富集。然而，一项报告的研究[21]指出，涂层的粘附行为不一定取决于分数体积，而是取决于最佳范围内工艺控制参数辅助的溶解程度。为了深入了解沉积膜的表面形貌，采用原子力显微镜对Zn-20 MgO-1000薄膜的形貌进行了表征。0.5A/cm 2，如图所示。3.第三章。一种球形晶体，图Zn-20 MgO-0.5A/cm 2沉积在低碳钢上的4-5埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1观察到具有嵌入颗粒的独特形貌的可见沉淀物Zn-20 MgO-0.5 A/cm 2样品的XRD图谱结果如图所示。四、所产生的涂层显示出含有Zn、ZnMgO、Zn2Mg5和ZnMg的金属间中间体的高强度相。结果与EDSX射线微区分析结果一致。在2θBraga角强度= 38.12°、52.10°和84.22°处发现了与Zn 有关观察发现，Zn/Mg 混合物在64.52° 、78.11° 和100.10°时析出新的金属颗粒相。通过这些形成的相，在富锌含量上注意到参与的复合材料的完全溶解，尽管强金属间沉淀物的增强的积累引起观察到的细晶粒显微结构。图5a-d示出了在200 °C下热处理4小时产生的涂层的热结构行为。在Zn-20 MgO-0.5 A/cm2（图5a）条件下制备的涂层显示出良好的热变形恢复能力，与具有严重热处理凹坑的其他涂层相比，在界面内观察到的热区。图图5b、c遵循与前者相同的趋势，但在晶格内具有更多的热侵害。图5d中的Zn-40 MgO-1.0 A/cm 2涂层显示由于初始附聚和差的粘附特性导致的晶粒晶体的大量变形。然而，有必要提及的是，再结晶趋势通常取决于工艺参数[22，24]，这可能直接影响变形传播的弹性行为。在1.0A/cm2的热处理导致MgO和针孔的演变。尽管如此，最改善的表面特性热处理后，获得Zn-20 MgO沉积在0.5 A/cm2的电流密度。3.2.显微硬度研究沉积涂层的平均显微硬度值示于图1。6与个别矩阵相关。从图 5-（a）Zn-20 MgO-0.5A/cm 2、（b）Zn-20 MgO-1.0A/cm 2、（c）Zn-40 MgO-0.5A/cm 2和（d）Zn-40 MgO-1.0A/cm 2的显微照片。6埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1图6-（b）沉积在低碳钢上的样品在热处理前后的硬度硬度趋势，对照样品具有35HVN的硬度值。所有沉积涂层的硬度分布数据显示出显著增加，其中Zn-20 MgO在1.0A/cm2 下 为 137.94HVN ， 随 后 Zn-40 MgO 在 1.0A/cm2 下 为222.6HVN。1.0 A/cm2。Zn-20 MgO在0.5A/cm 2时硬度性能提高最多，为236.4HVN。从所有事实来看，硬度的改善明显地提供了相对于基底的几何增加，这归因于晶体形成和优异的成核。据报道，产生显着的显微硬度的粘附和成核取决于操作条件。先前的工作[13，14，22]已经证实，涂层中形成的微观结构与工艺参数有关，因此提供了与表面硬度的建立相关的晶粒尺寸，如我们的结果所示。如图6 b所示，在观察和比较热处理之前和之后的沉积物的表面硬度时，只有Zn-20-MgO在0.5A/cm2和1.0A/cm2下表现出增加的硬度。Zn-40-MgO合金热处理后硬度降低，其它合金热处理后硬度降低。在热响应之后这种未改进的性质的原因可能是由于以下原因导致的严重堆积：Zn-20-MgO在0.5A/cm2下获得的涂膜的附着力不稳定。3.3.沉积合金图7显示了在3.65%模拟介质中的劣化进程和腐蚀敏感性，并使用电位/电流测量检查了感应电流传播。涂层样品和对照样品的线性动电位极化数据如表3所示。在10 MA的施加电流下考虑沉积的电位值在所有情况下，与对照样品的腐蚀电位（−1.53900V）相比，涂层样品的电位值均有所增加此外，所有涂层的合金基体的腐蚀速率和电流密度都显著降低这表明沉积的涂层与基材材料产生了优异的结合和粘附。此外，涂层具有强的耐腐蚀性，这反映在降低的腐蚀速率上。尽管预期到了接收样品的行为[21]，但同样重要的是，少量陶瓷复合材料的掺入程度具有7埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1图7（b）热处理后沉积合金的电化学经过验证的能力，提供坚实的抵抗氯化物的攻击。3.4.热化学性质图7b和表3b显示了热处理后涂覆和未涂覆样品的耐腐蚀性能。从观察，所有热处理的涂层基质显示出轻微的降低腐蚀速率和电流密度相比，未经热处理的涂层。事实上，热处理后，所有情况下的腐蚀电位都降低了。可以说，沉积的二元涂层的热处理并没有真正提高耐腐蚀性，而是验证了在恶劣环境中获得的稳定程度。因此，涂层试样的耐腐蚀性按以下顺序增加：B1> B4> B2> B3和对照。与结果表明，在27.600（Ω），B1（Zn-20 MgO）0.5A/cm 2涂层的电阻率（Rp）仍保持其0.2241mm/yr的钝化特性，而原始样品的钝化特性为4.1mm/yr。未经热处理的合金具有显著的降低，腐蚀速率为4.1 mm/年。由此可以得出，变形速率与保护程度和构件产生的诱导条件有关。热处理的合金基质的光学显微照片示于图1A和1B中。图8和图9中所示的方法，以检查来自热化学诱导环境的变形进程。从所有迹象来看，Zn-20 MgO-0.5A/cm2和Zn-20 MgO-1.0A/cm2涂层显示在界面处存在引发的由于热腐蚀应变的影响，晶体的均匀分散并不明显对于Zn-40 MgO-0.5A/cm2和Zn-40 MgO-1.0A/cm28埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1表3（b）在3.65%NaCl溶液中，涂层和未涂层热处理样品的线性动电位极化数据。一样品Ecorr，Obs（V）jcorr（A/cm2）Cr（mm/年）Rp（Ω）B1（Zn-20MgO）0.5A-0.70852.94E-032.1442109.04B2（Zn-20MgO）1.0A-1.09723.54E-032.632037.343B3（Zn-40MgO）0.5A-1.07233.79E-032.389144.325B4（Zn-40MgO）1.0A-1.08805.55E-032.632042.213控制-1.53907.04E-024127B样品Ecorr，Obs（V）jcorr（A/cm2）Cr（mm/年）Rp（Ω）B1 HT-0.84833.69E-030.224138.847B2 HT-1.03654.65E-030.286437.691B3 HT-1.08808.11E-030.215529.318B4 HT-1.02193.40E-030.776032.308控制-1.53907.04E-024127.600B1（Zn-20MgO）0.5A-0.70852.94E-032.1442109.04图图8-图图9-9埃及基础科学与应用科学杂志3（2016）1（图 9）涂层界面处有明显的热氧化渗透腐蚀产物。 Zn2+和Mg2+离子的存在并不能有效地抑制诱导活性，反而加剧了界面上的溶解和腐蚀产物。4.结论研究了Zn-MgO诱导复合涂层的组织结构、热氧化性能和从结果来看，在MgO陶瓷颗粒存在下沉积混合的二元复合颗粒显 著 提 高 了涂层的机 械 性能和 腐 蚀 性 能 。 Zn-20 MgO 在0.5pA/cm 2时，硬度提高最大，达236.4HVN。热处理后形成了新的晶体结构，Zn-20 MgO涂层在0.5pA/cm 2时仍保持其性能，因而在所有系列中性能最好。在Zn ~（2+）界面添加适量的MgO可提高复合镀层的热稳定性良好的形态显著地扭曲了容易渗透的温度，该温度产生涂覆合金的稳定性。[3] [10]吴晓松，王晓松. 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