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[硕士论文] 尚金凤
化学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:铁族金属与钨形成的合金由于具有优良的耐磨性和耐蚀性而在机械制备中得到广泛应用,但一直没有较为合理的电沉积钨铁镍合金机理。研究铁族金属与钨合金的电沉积机理,提高钨在合金中的比例,可以有效的改善和优化铁镍钨合金性能,进而促进电镀行业的发展,改善人类工业化水平。
  本文在柠檬酸-氨体系中对铁族金属与钨合金电沉积的相关机理进行了详细研究,得出了以下研究结论:
  (1)研究氨在镍钨浴液中所起的作用:
  首先研究了在柠檬酸浴中,用氨水作为碱性环境的原因,通过用紫外和循环伏安等手段可以表明:无论是单独的镍浴液还是单独的钨浴液,或者是镍钨浴液共存时,只要是在有氨提供碱性环境的条件下,镍浴液、钨浴液、镍钨浴液中形成的混配物的成分就会增多,并且,只有在氨浴中,电沉积过程中镍钨浴液的法拉第电流效率比无氨环境至少高出一倍,从而电沉积出性能良好的镍钨合金。氨水的加入,可促进多核混配络合物的形成。
  (2)研究镍钨合金在柠檬酸-氨体系中电沉积机理:
  研究在柠檬酸-氨浴中,镍与柠檬酸形成 Ni(Cit)(NH3)2-;钨酸与柠檬酸-氨形成[WO2(Cit)]-络合物;Ni和W共存时,镍柠檬酸络合物与钨柠檬酸络合物相结合形成[Ni(WO2)(Cit)(NH3)2]+多核混配络合物。钨仅在多核混配络合物中具有电化学活性,其放电机理为[Ni(WO2)(Cit)(NH3)2]++8e+2H2O→Ni+W+Cit3-+2NH3↑+4OH-。没有Ni的存在,W无法还原出来。此机理可以很好的解释为什么在镍钨镀层中,钨的含量不会超过35%;
  (3)研究铁钨合金在柠檬酸-氨体系中电沉积机理:
  研究 Fe-W合金在柠檬酸-氨体系中,铁与柠檬酸形成了 Fe(Cit)(NH3)-,钨酸与柠檬酸-氨形成[WO2(Cit)]-络合物;Fe和 W共存时,铁柠檬酸络合物与钨柠檬酸络合物相结合形成[Fe(WO2)(Cit)(NH3)]+多核混配络合物。钨仅在多核混配络合物中具有电化学活性,其放电机理为:[Fe(WO2)(Cit)(NH3)]++8e+2H2O→Fe+W+Ci t3-+NH3↑+4OH-。没有 Fe的存在,钨无法还原出来。此机理可以很好的解释为什么在钨铁镀层中,钨的含量不会超过40%;
  本文通过研究在柠檬酸-氨浴中,钨与镍电沉积机理和钨与铁电沉积机理,进而推导出钨与铁族金属电沉积机理。本文推测,钨之所以可以在铁族体系中沉积出来,其原因是由于钨与铁族金属形成了多核物[M(WO2)(Cit)(NH3)n]+,使得钨得在阴极电沉积。正是由于此多核物的存在,钨在镀层中的含量一定,最多不会超过40%。另外,氨水的加入,可以促进此混配物的形成,改善钨与铁族金属合金性能。
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