鎳鐵尖晶石涂層的制備、微結構及其耐高溫腐蝕性能的研究

馬 莉 周科朝 李志友 常 通

中南大學粉末冶金國家重點實驗室

　　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定性、化學穩定性以及對各種熔體的較強耐腐蝕能力，被認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、粘附性較好的防護涂層為研究目標。實驗采用電泳-氧化法、復合共沉積-氧化法和合金電沉積-氧化法三種方法制備NiO-NiFe2O4 復合涂層，重點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變過程、物相組成和顯微形貌的影響，評價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 的疊層結構的復合涂層氧化擴散處理可獲得NiO/NiFe2O4涂層。采用pH 值3、zeta 電位67 mV 的穩定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，隨沉積時間的延長而逐漸衰減。NiO/NiFe2O4 復合涂層組成和形貌的主要受氧化溫度和氧化時間的影響。在氧化溫度較低或氧化時間較短時，NiO/NiFe2O4 復合涂層呈疊層結構，表層為NiFe2O4尖晶石層，厚度為10~15μm;隨著氧化溫度的提高、氧化時間的延長，涂層轉變為以NiO為主的單層結構，NiFe2O4相以細小彌散析出相的形式分布于NiO 晶粒內。

　　2、氧化擴散處理可將復合電沉積的(Ni,Co)-Fe2O3 鍍層轉變為附著性較好(Ni,Co)O/(Ni,Co)Fe2O4 復合涂層。在復合共沉積制備(Ni,Co)-Fe2O3 復合鍍層的過程中，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合鍍層中Fe2O3 顆粒的復合量。(Ni,Co)O/(Ni,Co)Fe2O4 復合氧化物涂層具有兩層疊加結構，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變為致密、平整、附著性良好、具有(100)擇優取向的NiO/NiFe2O4 復合涂層。NiO/NiFe2O4 涂層組成、結構和形貌受Ni-Fe 合金的組成和氧化制度的控制，較低溫度(900ºC)氧化時，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，NiFe2O4 尖晶

　　石相易呈現“非連續”層狀結構，內部夾雜有細小的NiO 相，表層NiO 晶粒內有大量“點狀”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表明，上述三種方法制備的復合氧化物涂層均能對金屬基體Ni 起到一定程度的保護作用，相比較而言，合金電沉積-氧化法制備的NiO/NiFe2O4復合涂層(1200°C-6 h，Ni-7Fe)最佳。復合涂層的防護功效在于，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。

　　關鍵詞：電沉積 電泳沉積 尖晶石涂層 高溫氧化 熱腐蝕