Ni-SiC复合沉积电极过程动力学及镀层电化学腐蚀行为研究

论文摘要

本课题主要对复合电沉积的机理进行了研究,特别是第二相粒子的引入对晶粒成核和生长机理的影响。应用扫描电镜,X-射线衍射,对SiC粉体的形貌、结构进行分析,借助精密pH计就SiC粉体在镀液中吸附特性进行了检测。在此基础上,利用CHI660C电化学工作站对纯镍体系、Ni-SiC复合体系和加入促进剂的复合体系电沉积过程进行了循环伏安、计时安培和交流阻抗谱测试。论文还就三类镀层在3.5%NaC1和3.5%NaCl+0.3%H2O2腐蚀体系中的电化学行为采用极化曲线、交流阻抗等电化学手段进行了监测分析。试验结果表明,SiC粉体呈不规则多边形,平均粒径约7μm,其晶型主要为6H即六方结构。SiC颗粒加入到Watts镀液中,将会吸附镀液中H+离子而使表面荷正电,在镀液pH为3.70左右,其吸附量最大。恒电位阶跃分析表明,复合沉积镍电结晶形核经历两相继过程,第一过程沉积伊始形核遵循BFT模型连续成核机制,而后随电位负移过渡到BFT瞬时成核机制,第二过程随电位负移先后吻合BFT瞬时成核或SH瞬时成核理论曲线;无论Ni-SiC复合镀层还是纯Ni镀层,形核弛豫时间tm随负电位的增大,呈现规律性递减趋势,相应的Lm值基本相近;SiC粉体的引入导致Ni形核过电位正移和tm的显著减小。交流阻抗表明,非法拉第电位区,SiC粉体的表面吸附（或附着）改变了电极表面的荷电状态,打破了内Helmholtz面大分子和水化离子对电极的屏蔽,大幅降低了复合体系的电荷传输电阻。而在临近及此后沉积电位区,纯镍表面双电层被击穿,复合体系SiC增大导纳的优势不复存在,表现为与纯镍体系阻抗相当。三类镀层在两种体系中呈现了不同的腐蚀规律,在3.5%NaCl体系中,纯镍镀层的耐腐蚀能力强于复合镀层;而在强氧化性介质中腐蚀规律发生了很大的变化,复合镀层的耐蚀性又高于纯镍镀层。SiC粉体在镀层中引入的大量的错综复杂的网状结构,造成表界面的电荷转移电阻Rt和蚀孔电阻RL大幅增加,有效分散了腐蚀极化电流,阻碍了腐蚀的发生和发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 复合电镀概述
• 1.2 NI-SIC复合镀层发展
• 1.3 复合电沉积机理研究
• 1.4 电极过程动力学分析方法
• 1.4.1 循环伏安法
• 1.4.2 电化学阻抗谱
• 1.4.3 电势阶跃法
• 1.5 电极行为分析
• 1.5.1 电极表面双电层
• 1.5.2 阴极过程与电极极化
• 1.6 电结晶动力学研究现状
• 1.6.1 电沉积成核/生长动力学研究
• 1.6.2 金属沉积层的组织结构和形貌
• 1.7 本课题的研究目的、意义和研究内容
• 1.7.1 目的和意义
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 实验内容与测试方法
• 2.1 化学试剂和仪器
• 2.1.1 实验用化学试剂及规格
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 镀前的准备工作
• 2.2.1 复合镀液的配制
• 2.2.2 电极的处理
• 2.3 SIC粉体表面吸附特性表征
• 2.4 NI基复合镀层的制备
• 2.5 扫描电子显微分析
• 2.6 X-RAY衍射分析
• 2.7 电化学测试方法
• 2.7.1 循环伏安测试
• 2.7.2 计时安培测试
• 2.7.3 电化学阻抗谱测试
• 2.7.4 极化曲线
• 第三章 SIC结构表征及粉体吸附特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 原始SiC粉体的观察与表征
• 3.3 SIC粉体吸附特性表征
• 3.4 本章小结
• 第四章 NI-SIC复合体系循环伏安分析
• 4.1 引言
• 4.2 纯镍电沉积循环伏安行为解析
• 4.2.1 前置峰的讨论
• 4.2.2 Ni放电行为的探讨
• 4.3 NI-SIC复合镀体系循环伏安分析
• 4.4 共沉积促进剂对循环伏安特征的影响
• 4.4.1 开路电位
• 4.4.2 循环伏安曲线对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 NI-SIC复合电结晶初期成核/生长动力学分析
• 5.1 引言
• 5.2 电结晶成核理论
• 5.2.1 电结晶初期行为简析
• 5.2.2 二维圆盘模式下的初始暂态电流
• 5.2.3 三维生长的暂态电流
• 5.3 恒电位阶跃分析
• 5.3.1 纯镍电沉积初期电沉积特征
• 5.3.2 Ni-SiC复合体系的电结晶特征
• 5.3.3 共沉积促进剂对电结晶初期行为的影响
• 5.4 不同电极电位下的电沉积形貌
• 5.5 本章小结
• 第六章 交流阻抗谱分析
• 6.1 引言
• 6.2 NI-SIC体系阻抗谱行为
• 6.3 共沉积促进剂体系电化学阻抗谱行为分析
• 6.4 SIC粉体的加入对阻抗谱行为的影响
• 6.4.1 纯镍与Ni-SiC复合体系阻抗谱对比分析
• 6.4.2 等效电路的建立和拟合
• 6.4.3 电位-阻抗分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 NI-SIC复合镀层耐蚀性研究及电化学机理初探
• 7.1 引言
• 7.2 电化学行为分析
• 7.2.1 腐蚀体系中各镀层动态极化曲线分析
• 7.2.2 腐蚀体系镀层电化学阻抗谱分析
• 7.2.3 各腐蚀体系镀层电化学阻抗谱拟合
• 7.2.4 NaCl腐蚀体系镀层电化学阻抗行为拟合分析
• 2O₂腐蚀体系镀层电化学阻抗行为拟合分析'>7.2.5 NaCl+H₂O₂腐蚀体系镀层电化学阻抗行为拟合分析
• 7.3 腐蚀形貌表征
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况