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昆山舒美论述超声波功率对电沉积钴−镍−钨合金性能的影响

[导读]铬镀层是一种经典的防护性镀层,长期以来被广泛应用于表面防护领域。但由于镀液的腐蚀性强,且Cr(VI)为高度致癌物质,因此近年来人们一直致力于开发环保的代铬镀层。在电沉积过程中施加超声波辅助可有效提升阴极电流效率并改善镀层性能。昆山舒美超声仪器有限公司指出

超声波功率为0 W(即无超声波辅助)时,由于镀液的液相传质慢,反应界面(电极表面)的金属离子不能及时得到补充,存在明显的浓差极化,电极表面产生电子淤积,因此沉积电位较负,约为−1.603V。施加超声波辅助后,声波冲击和超声空化作用产生的微区射流加快了金属离子的迁移,浓差极化缓解,沉积电位正移。超声波功率从150W增大到600W时,沉积电位逐渐从−1.489V正移至−1.269V。超声波功率大于600W后沉积电位趋于稳定,说明此时液相传质步骤的影响变得微弱,界面反应步骤成为整个电沉积过程的反应动力学控制环节。在0W和150W超声辅助下电沉积Co–Ni–W合金的EIS谱图均存在2个容抗弧,说明电极过程存在2个时间常数,其中高−中频区的容抗弧与反应过程的电荷转移有关,中−低频区的容抗弧与金属离子的扩散迁移有关。施加150  W超声波辅助时,中−低频区的阻抗远低于无超声辅助时,说明金属离子的迁移速率增大。利用RC等效电路(即1个电阻和1个电容并联)对高−中频区的容抗弧进行拟合,得到0 W和150 W时的电荷转移电阻分别为17.213 Ω/cm2和7.866 Ω/cm2,说明超声波辅助能够加快金属离子被还原析出时在反应界面的电子转移。超声波辅助可削弱电沉积过程中浓差极化的影响,强化液相传质,促进反应界面的电子转移。超声波功率高于150W时,Co–Ni–W合金镀层的W原子分数显著提升。超声波功率为300~600W时,镀层平整、致密,呈纳米晶结构。超声波功率≥600W时,镀层趋于非晶态结构。超声波功率为450~600W时,Co–Ni–W合金镀层具有较高的显微硬度和良好的耐蚀性。

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