从图可以看出，随着镀液中金刚石浓度由5 g·L-1;1增大到50 g·L-1时,通过搅拌作用单位时间内被输送到阴极表面的微粒数量增多,微粒被沉积在鍍层中的几率也增大,所以镀层表面的金刚石的分布量明显增多。观察图a到d可见复合镀层的表面平整,无裂纹和孔洞现象。当金刚石浓度超过50 g·L-1而继续增大时,镀层中金刚石分布不均匀且会出现扎堆现象如图f所示。另外,随着金刚石浓度的增大,复合镀层表面粗糙度和脆性都有所增加。由此可知,在复合电沉积过程中,镀液中金刚石粉末的浓度必须适宜,并不是越大越好。
2) 电流密度对镀层表面形貌的影响 下图是电流密度分别是3A ·dm-2 、5.5
A ·dm-2 、8 A ·dm-2 、10 A ·dm-2 、13 A ·dm-2 和15.5 A ·dm-2 时电镀10min制备的镍-金刚石复合镀层的表面形貌。
从图可以看出随着电流密度的增加,镀层中金刚石的复合量先增加后减少。在低电流区,增加电流密度就会使镍金属沉积速率加快,对共沉积的金刚石粉末包裹性变好,使其更牢固的镶嵌在镀层中。电流密度继续增大,镍的沉积速率远远大于金刚石颗粒的共沉积速率,导致镀层中颗粒的含量减少。由f可以看出,当电流密度为15.5 A ·dm-2时,镀层表面平整但金刚石的复合量非常低。但是如果电流密度太大,会使镍金属晶体生长太快,金属颗粒粗大且镀层易剥落.
3.3 镀层的结合力分析
采用铝片为基体,在基体上先化学镀lOmin的暗镍,然后再鍍lOmin的镍-金刚石复合镀层,镀层的结合力分别采用弯曲试验法、划痕试验法和加热(骤冷)试验法三种方法进行测定。
1) 弯曲试验法 将所得镀层样品反复弯曲或拐扭,直到镀层与铝基体一起断
裂为止,观察断裂处镀层的附着情况,观察镀层是否有起皮、脱落等现象,结果显示,镍-金刚石复合镀层在弯曲过程中未出现起皮、脱落等现象[20]。 2) 划痕试验法 在制备的复合镀层样品的表面上,用钢针纵横交错划,划成相
距为1mm的平行线,直划到基体金属,然后用胶带粘附后再撕下,观察胶带上是否粘附有镀层碎屑和划线间的复合镀层是否有翘起或剥离现象。结果显示，镍-金刚石复合镀层在划痕过程中未出现翘起或剥离现象,胶带上无脱落镀层粘附。
3) 加热（骤冷）试验法 将复合镀层样品在22(rC的马弗炉中加热30min,然
后取出迅速放入室温水中冷却,观察镀层表面是否有起泡或脱落现象,由实验结果可知,镍-金刚石复合镀层未出现起泡和脱落现象。
以弯曲试验法、划痕试验法和加热试验法三种方法进行镀层结合力的测试,结果表明,三种方法下镀层均无翘皮、脱落现象,说明镍-金刚石复合镀层与铝基体结合力良好。
3.4 镀层的硬度分析
镀层的硬度采用HX-1000显微硬度仪测定[21],如图为镀层经硬度检测之后相应的压痕图,所得硬度值如表所示。
从图可知,镀层压痕呈菱形,镍-金刚石复合镀层硬度压痕的对角线远小于纯镍镀层的。结合表可知,镍-金刚石复合镀层的硬度值为1861HV,而纯镍镀层的硬度值只有195HV,复合镀层的硬度值远远高于纯镍的硬度值,说明均勾、弥散的分布在镀层中的金刚石颗粒起到了弥散强化作用[22]。因为这些硬质颗粒主要沉积在基质金属晶界以及晶体结构不完整处,与镀层金属结合紧密,对晶粒之间的滑移起到了很大的阻碍作用,有效阻碍了镀层内为错移动,从而使金属获得了有效强化。
镀层硬度值
样品号 1 2 3 平均值 纯镍（HV） 200 177 210 195 镍-金刚石镀层（HV） 1957 2039 1589 1861
3.5 镀层的耐蚀性分析
1) 镀层在酸性介质中的耐蚀性 将镍-金刚石复合镀层和纯镍镀层浸入质量
分数为5%H2S04溶液中,待电位稳定后,在开路电位下测得镀层的交流阻抗谱图和Tafel曲线,结果分别为图3.5.1和图3.5.2所示。
由图3.5.1可知,两种镀层的交流阻抗均呈半圆形,在谱图的高频区出现的半圆均是由腐蚀反应电阻和双电层电容形成的,在低频区出现的弧线表现为电感的特性[23]。其原因可能是在镀层的表面会生成镍氧化膜,在测镀层的交流阻抗时这些氧化膜覆盖在阳极上形成了保护膜,抑制了金属向H2SO4溶液中溶解。镍-金
刚石复合镀层的半圆直径大于纯镍镀层,说明镍-金刚石复合镀层在5%H2S04溶液中的耐蚀性大于纯镍镀层。
图3.5.1 镀层在5％(w)HS0溶液中的交流阻抗谱
2
4
图3.5.2 镀层在5 %(w)HS0溶液中的Tafel曲线
2
4
2) 镀层在中性介质中的耐蚀性能 在开路电位下,测得镍-金刚石复合镀层
在质量分数为5%NaCl溶液中的交流阻抗谱图和Tafel曲线,结果分别为图3.5.3和图3.5.4所示。
从图3.5.3可知,在5%NaCl溶液中,镍-金刚石复合镀层和纯镍镀层均表现出单一容抗弧,形状为规则的半圆,但镍-金刚石复合镀层的阻抗谱图的半径大于纯镍镀层,说明在5%NaCl溶液中,镍-金刚石复合镀层的耐蚀性优于纯镍镀层[24]。
图3.5.3 镀层在5%(w)NaCl溶液中的交流阻抗谱
图3.5.4 镀层在5 %(w)HS0溶液中的Tafel曲线
2
4
3) 镀层在碱性介质中的耐蚀性能 在开路电位下,测定镍-金刚石复合镀层
和纯镍镀层在5 %NaOH溶液中的交流阻抗谱图和和Tafel曲线,结果分别为图3.5.5和图3.5.5所示。
从图3.5.5可知,两种镀层的交流阻抗曲线均出现了两个容抗弧。其中,在高频容抗弧对应着阳极表面上覆盖的镍氧化膜的迟豫过程,而低频容抗弧着阳极表面处发生的电荷传递过程[25],说明腐蚀现象发生。镍-金刚石复合鍍层的阻抗谱图直径大于纯镍镀层,说明镍-金刚石复合镀层在5 %(w)NaOH溶液中的耐蚀性优于纯镍镀层。