鎳鐵尖晶石涂層的制備、微結(jié)構(gòu)及其耐高溫腐蝕性能的研究

馬 莉 周科朝 李志友 常 通

中南大學(xué)粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

　　摘要：NiFe2O4 尖晶石材料不僅具有良好的電、磁特性，而且具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及對各種熔體的較強(qiáng)耐腐蝕能力，被認(rèn)為是一類極具潛力的鋁電解惰性陽極材料。論文針對鋁電解惰性陽極的金屬導(dǎo)桿目前存在的抗高溫氧化性能差，熔鹽腐蝕氣氛中表面的氧化膜易剝落等問題，以在金屬基體上制備一層致密的、粘附性較好的防護(hù)涂層為研究目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)采用電泳-氧化法、復(fù)合共沉積-氧化法和合金電沉積-氧化法三種方法制備NiO-NiFe2O4 復(fù)合涂層，重點(diǎn)研究了沉積工藝對沉積涂層的組成和形貌的影響，氧化工藝對沉積涂層的轉(zhuǎn)變過程、物相組成和顯微形貌的影響，評價(jià)了涂層在冰晶石熔鹽氣氛中的熱腐蝕性能，獲得了幾種可有效防護(hù)冰晶石熔鹽氣氛腐蝕的涂層組成和制備工藝。

　　主要研究成果如下：

　　1、電沉積Ni/電泳沉積Fe2O3 的疊層結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層氧化擴(kuò)散處理可獲得NiO/NiFe2O4涂層。采用pH 值3、zeta 電位67 mV 的穩(wěn)定Fe2O3懸浮漿料，可在Ni 電沉積層或Ni 基體表面電泳沉積出較為均勻、致密的Fe2O3膜。Fe2O3 沉積速率隨沉積電壓的提高而提高，隨沉積時(shí)間的延長而逐漸衰減。NiO/NiFe2O4 復(fù)合涂層組成和形貌的主要受氧化溫度和氧化時(shí)間的影響。在氧化溫度較低或氧化時(shí)間較短時(shí)，NiO/NiFe2O4 復(fù)合涂層呈疊層結(jié)構(gòu)，表層為NiFe2O4尖晶石層，厚度為10~15μm;隨著氧化溫度的提高、氧化時(shí)間的延長，涂層轉(zhuǎn)變?yōu)橐訬iO為主的單層結(jié)構(gòu)，NiFe2O4相以細(xì)小彌散析出相的形式分布于NiO 晶粒內(nèi)。

　　2、氧化擴(kuò)散處理可將復(fù)合電沉積的(Ni,Co)-Fe2O3 鍍層轉(zhuǎn)變?yōu)楦街�性較好(Ni,Co)O/(Ni,Co)Fe2O4 復(fù)合涂層。在復(fù)合共沉積制備(Ni,Co)-Fe2O3 復(fù)合鍍層的過程中，添加一定量的Co2+、提高鍍液中Fe2O3顆粒濃度和選擇合適的攪拌速率均可以在一定程度上提高復(fù)合鍍層中Fe2O3 顆粒的復(fù)合量。(Ni,Co)O/(Ni,Co)Fe2O4 復(fù)合氧化物涂層具有兩層疊加結(jié)構(gòu)，最外層為富(Ni,Co)O 層，次外層為富(Ni,Co)Fe2O4 尖晶石層。

　　3、電沉積Ni-Fe 合金也可通過氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅堋⑵秸�、附著性良好、具�?100)擇優(yōu)取向的NiO/NiFe2O4 復(fù)合涂層。NiO/NiFe2O4 涂層組成、結(jié)構(gòu)和形貌受Ni-Fe 合金的組成和氧化制度的控制，較低溫度(900ºC)氧化時(shí)，低Fe 含量試樣的NiFe2O4相多生成于表層NiO 晶界處，而高Fe 量的試樣的最表層可形成連續(xù)致密的NiFe2O4尖晶石層，其厚度隨Fe 含量增加而增加;較高溫度(1000~1200ºC)氧化時(shí)，NiFe2O4 尖晶

　　石相易呈現(xiàn)“非連續(xù)”層狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部夾雜有細(xì)小的NiO 相，表層NiO 晶粒內(nèi)有大量“點(diǎn)狀”或“十字狀”NiFe2O4 尖晶石沉淀相析出。

　　4、在960°C 下冰晶石熔鹽氣氛和大氣的混合氣氛中的腐蝕試驗(yàn)表明，上述三種方法制備的復(fù)合氧化物涂層均能對金屬基體Ni 起到一定程度的保護(hù)作用，相比較而言，合金電沉積-氧化法制備的NiO/NiFe2O4復(fù)合涂層(1200°C-6 h，Ni-7Fe)最佳。復(fù)合涂層的防護(hù)功效在于，一方面，耐蝕、致密、附著性好NiO/NiFe2O4 阻隔了氧化腐蝕氣氛與金屬基體直接接觸，另一方面，腐蝕過程中表面新生成的NiAl2O4 尖晶石層也能夠作為擴(kuò)散障抑制腐蝕氣氛的滲入。此外，柱狀NiO 晶界處富集的NiFe2O4沉淀相對腐蝕氣氛的晶間滲透也起到一定的抑制作用。

　　關(guān)鍵詞：電沉積 電泳沉積 尖晶石涂層 高溫氧化 熱腐蝕