由于非晶Ni-P涂层良好的综合性能(特别是耐腐蚀性),目前受到增材制造领域学者们的广泛关注。非晶Ni-P涂层可作为保护和功能性涂层,用于汽车、航空航天和其他工程领域。电化学沉积(ECD)是一种获得非晶Ni-P涂层的有效途径。 在ECD期间,P粘附在本属于Ni的面心立方体间隙位置,抑制了Ni的扩散和成核,抑制效果随着P含量的增加而增强。当Ni的成核生长受到抑制时,成核速率加快,晶粒细化。当晶粒尺寸小于2 nm时,形成无定形结构。由此可见,P含量决定了非晶相,但同时P也破坏了正常的Ni晶格边界。在生长过程中,晶界不断被破坏,造成了生长过程中不同晶核的不平衡,从而增加了非晶涂层的内部拉伸应力,并降低了其韧性。此外,沉积过程中阴极总是在析氢。在P含量影响和析氢的共同作用下,涂层很容易为了释放内部拉应力而产生裂纹。已有研究表明耐腐蚀性能随着微裂纹尺寸的增加而降低,所以该问题亟需解决。 Graphical abstract 本文旨在开发一种新方法来缓解由裂纹引起的腐蚀性能下降,激光辅助电沉积(LECD)给了我们新思路。一些研究报道也表明LECD可以通过增强还原性能来提高整体性能。本文采用LECD工艺活化晶体改性剂,提高非晶态Ni-P涂层的质量和性能。通过晶体改性剂的作用,晶体生长形态的演变可以抑制无定形条件下涂层中表面裂纹的形成。但是晶体改性剂对溶液环境温度有要求,通常在60-65°C这一范围内,激光辅助可以满足激活晶体改性剂的温度要求。本文还表征了晶体的形态演变和微观结构,讨论了晶体改性剂在非晶相形成过程中的作用机理。最后,讨论了表面形貌演变对腐蚀机理的影响。 相关研究成果以题“Improvement of the corrosion resistance of amorphous Ni-P coatings modified by a laser–electrodeposition hybrid process: Effect of morphology evolution on the electrochemical corrosion behavior”发表在国际期刊Applied Surface Science上。
图2. 沉积时间为20分钟时的3D形貌和粗糙度:(a)ECD;(b) LECD;(c)图(a)和(b)的线粗糙度曲线。
图3. Ni–P涂层的XRD图谱和TEM图像:(a)XRD图谱;(b–c)ECD涂层;(d–e)LECD涂层。
图4. ECD和LECD涂层的腐蚀行为:(a)Tafel曲线;(b–c)Nyquist图;(d–e)Bode图;(f)等效电路图。