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镁合金和铝合金在地壳中含量高，化学和物理性质也极其类似，两者密度低、硬度高、易成型，可以和绝大多数金属形成合金而具备特定的特性，从而被广泛应用于生活中。但两者化学性质都极其活泼，容易发生腐蚀，这在一定程度上阻碍了其更广泛的发展与应用。化学镀镍经历了近百年的发展与改进，工艺成熟，成本适宜，很适合用来保护镁、铝合金。然而，不管是铝合金还是镁合金，在其上进行化学镀镍时仍存在诸多问题，如结合力不高，耐蚀性有限等。同时由于化学镀镍中大量使用柠檬酸镍，也使得含柠檬酸镍废水急需一种高效快速的处理方法。
本文通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）观测镁、铝合金各涂层的表面形貌和元素组成，采用X-射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）确定各涂层的晶相结构，最后通过电化学测试对各涂层的耐蚀性进行测试。研究了在镁、铝合金上采用不同钝化、活化工艺得到的复合涂层耐蚀性。在最后一章的柠檬酸镍废水处理中，采用紫外光谱、液相色谱等方法，确定其最佳处理条件及柠檬酸镍去除机理。主要的研究成果如下：
1.开发了一种在镁合金上具有活性的阳极氧化膜，并在其上制备了耐蚀性良好的化学镀镍层。通过将Ag纳米颗粒嵌入阳极氧化层中得到活性阳极氧化层，使其具有了催化镍沉积的活性，并研究了其催化镍沉积的机理。同时研究了复合涂层的结合力与耐蚀性，并得出了防腐机制。
2.开发了一种在镁合金上常压中低温下合成的LDH膜，并在LDH膜上得到了耐蚀性优异的化学镀镍层。在常压中低温条件下，研究了反应温度、溶液pH、螯合剂浓度以及Mg(NO3)2的添加量等因素对生成LDH膜的影响。通过控制溶液中游离Mg2+和Al3+的浓度比例，获得了厚度大约10 µm的LDH层，其后采用了AgNO3溶液对LDH膜进行活化，诱导镍晶核产生，在LDH膜上沉积了高致密、强附着的镍合金涂层。
3.开发了一种在航空铝合金上高耐蚀的镍磷合金梯度涂层。研究了铝合金浸锌过程中一次浸锌和二次浸锌的操作条件对接下来的梯度化学镀镍耐蚀性的影响，确定了最佳浸锌时间与温度。采用二次浸锌法在铝合金上构建了三层不同P含量的镍合金梯度涂层，由于不同P含量的镍合金层依次堆叠、孔洞交错，造就了其高耐蚀性和高结合力，有效保护了铝合金。
4.开发了一种高效处理柠檬酸镍废水的电催化氧化法。研究了在不同条件下，采用双脉冲电源加持下的MOC-Fe电极对实验室化学镀镍模拟废水去除效率，确定了最佳工艺参数，在8 g·dm-3 NaCl、电流密度80 mA·cm-2、pH=7以及电源占空比=7：3条件下可以有效去除化学镀镍中的柠檬酸镍，达到国家工厂排放标准。同时对采用液相色谱法对柠檬酸镍降解中间产物进行了检测，推断出柠檬酸镍的去除途径与机理。
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[1] Bo Wang, Jiawei Li, Zhihui Xie, et al. High corrosion and wear resistant electroless Ni-P gradient coatings on aviation aluminum alloy parts. Int J Miner Metall Mater, 2024 (31): 155–164.
[2] Bo Wang, Jiawei Li, Zhihui Xie, et al. Formation mechanism of electroless plating nickel-based composite coating on highly active rare earth magnesium alloys and its corrosion resistance and adhesion performances. J. Cent. South Univ, 2024 (31).
[3] 黄硕，余刚，王波，一种镁合金及其表面处理方法. 中国专利，2020106138805, 2023-08-15
来源 | 湖南大学研究生院
