NiTi+SMA电沉积电流密度对耐蚀性的影响.pdf

3 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年1 期 N i T iS M A 电沉积电流密度对耐蚀性的影响 朱维东1 ，程占保1 ，苏向东2 ，田博1 ，王义厢1 ，江林涛1 ，王彤1 1 ．贵州大学材料科学与冶金工程学院，贵州省材料结构与强度重点实验室，贵阳5 5 0 0 0 3 ； 2 ．北京航空航天大学理学院，北京1 0 0 0 8 3 摘要系统研究了在不同电流密度下阴极电沉积法制得的T i o 膜改性膜的表面形貌及耐腐蚀性能。得 出在电流密度5m A ／c m 2 下阴极沉积得到的T i - O 膜非常均匀致密，有较小的裂纹；但电流密度为2 0 m A ／c m 2 下沉积的试样有较好的热力学稳定性和较优异的耐腐蚀性能。 关键词N i T iS M A ；电沉积} 电流密度；耐蚀性 中图分类号T B 3 4文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 1 一0 0 3 0 0 3 E f f e c to fE l e c t r o d e p o s i t i o nC u r r e n tD e n s i t yo nN i T iS M AC o r r o s i o nR e s i s t a n c e Z H UW e i - d o n 9 1 ，C H E N GZ h a n - b a 0 1 ，S UX i a n g - d o n 9 2 ，T I A NB 0 1 ， W A N GY i - x i a n 9 1 ，J I A N GL i n - t a 0 1 ，W - A N GT o n 9 1 1 ．C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dM e t a l l u r g yE n g i n e e r i n go fG u i z h o uU n i v e r s i t y ， G u i z h o uK e yL a bf o rS t r u c t u r eo fM a t e r i a l sa n dM e c h a n i c a lB e h a v i o r ，G u i y a n g5 5 0 0 0 3 ，C h i n a ； z ．C o l l e g eo fS c i e n c eo fB e i j i n gU n i v e r s i t yo fA e r o n a u t i c sa n dA s t r o n a u t i c s ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h em o r p h o l o g i e sa n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fT i Of i l mm a d eb ye l e c t r o d e p o s i t i o na td i f f e r e n t c u r r e n td e n s i t ya r es t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tT i Of i l mw a sv e r yh o m o g e n e o u sa n dd e n s e ，a n dl i t t l e c r a c ka t5m A ／c m 2c u r r e n td e n s i t y ；b u tt h e r eareb e t t e rt h e r m o d y n a m i c ss t a b i l i z a t i o na n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c ew h e nt h ee l e c t r o d e p o s i t i n gc u r r e n td e n s i t yi s2 0m A ／c m 2 ． K e y w o r d s N i T iS M A ；E l e c t r o d e p o s i t i o n ；C u r r e n td e n s i t y ；C o r r o s i o nr e s i s t a n c e N i T i 形状记忆合金 S M A 作为一种优良的生 物医用材料广泛应用于骨科修复器械等领域中[ 1 ] ， 但因其生物相容性和耐腐蚀性还满足不了医学指 标，于是涌现出大批学者对N i T iS M A 进行以满足 医学指标为目的表面改性研究[ 2 - 5 ] 。本文采用工艺 简单的阴极电沉积制备N i T iS M AT i - O 膜改性膜， 并系统研究了不同电流密度的表面形貌及耐腐蚀特 性。 1 典实验材料及方法 1 ．1 实验材料 实验材料采用兰州西脉记忆合金有限公司提供 N i T iS M A T i4 9 ．3 ％，N i5 0 ．7 ％ ，试样经金相砂 纸W 4 0 ～w 5 号逐级打磨后，用机械抛光机抛光成 镜面，再经无水乙醇和丙酮溶液超声波清洗脱脂，置 于无水乙醇中待用。 1 ．2 实验体系 阴极沉积介质为0 ．6 0 6m g ／m LT i S 0 t 。溶液 p H 0 ．7 1 ，腐蚀测试体系为模拟人体平衡盐溶液 H a n k s 溶液 用稀盐酸和N a O H 溶液调p H 7 ．4 5 其配方为 g ／L E 6 ] N a C I8 ．0 0 、N a 2 H C 0 30 ．3 5 、 N a 2 H P 0 40 ．0 4 7 5 、K C l0 ．4 0 、K H 2 P 0 40 ．0 6 、M g C l 2 6 H 2 00 ．1 0 、M g S 0 4 7 H 2 00 ．1 0 、C a C l 20 ．1 8 、 G l u c o s e1 ．0 0 。 1 ．3 阴极电沉积及腐蚀性能测试 阴极电沉积采用经典三电极系统，电源为雷磁 基金项目贵州省优秀科技教育人才省长专项资金项目 2 0 0 5 - - 2 1 4 号 作者简介朱维东 1 9 5 4 一 ，男，教授，硕士生导师． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年1 期 3 1 D J S 一2 9 2 型恒电位仪；参比电极为饱和甘汞电极 S C E ；辅助电极为铂电极；N i T iS M A 试样用铜导 线连接，工作面积为1 0m m 1 0m m ，非工作面积用 硅胶涂覆；将试样在T i S 0 。 。溶液中以电流密度 分别为5m A ／c m 2 和2 0m A ／c m 2 阴极电沉积5r a i n 制备T i O 薄膜，用S Z X S T A D 2 型光学显微镜 观察沉积后的组织形貌。腐蚀性能测试采用M E C 一1 2 型多功能微机电化学分析仪；在腐蚀体系 H a n k s 溶液中采用阶梯电压动电位扫描法测试经 5m A ／c m 2 和2 0m A ／c m 2 阴极电沉积后的N i T i S M A 的腐蚀特性，比较在不同电流密度下沉积相同 时间的N i T iS M A 耐腐蚀情况。 2 结果与讨论 2 ．1 成膜形貌分析 图1 为电流密度5m A ／c m 2 和2 0m A ／c m 2 阴 极电沉积制得T i 一0 膜光学显微镜1 0 0 0 倍下的表面 形貌。由图1 a 可看到，在5m A ／c m 2 下阴极沉积得 到的T i O 膜非常均匀致密，仅有较小的裂纹；而图 1 b 可发现，在2 0m A ／c m 2 下阴极沉积得到的T i O 膜较均匀，呈团絮状分布在N i T iS M A 表面，但有较 大裂纹。这是因为在电流密度较大时，T i I V 产生 水解的驱动力也较大，短时间内T i o 膜在N i T i S M A 表面迅速形成并生长，由于此时产生大量的氢 气使T i O 膜不断剥落而造成表面很不均匀，再加 上此时产生的膜很厚在干燥过程中由于缩水造成应 力差，便形成很多大裂纹。而在较小电流密度下，T i I V 产生水解的驱动力较小，成膜厚度相对来说也 小点，形成的颗粒度也变小，而使T i o 膜表面更加 均匀，裂纹也减少。 图1 不同电流密度阴极电沉积T i - O 膜光学显微镜形貌 10 0 0 X F i g ．1 O p t i c a lm i c r o s c o p eo fT i _ Of i l ma td i f f e r e n tc u r r e n td e n s i t y 10 0 0X 2 ．2 电流密度对耐蚀性的影响H a n k s 溶液 p H 7 ．4 5 中腐蚀电位一时间曲线。从 图2 是不同电流密度下阴极电沉积试样在图2 可看到电流密度在2 0m A ／c m 2 下阴极电沉积 O ．3 5 O ．3 0 0 ．2 5 O ．2 0 岔0 ．1 5 U 邑O ．1 0 诗0 ．0 5 0 ．0 0 - 0 ．0 5 - o ．1 0 ．0 ．1 5 图2 不同电流密度下阴极电沉积试样在H a n g s 溶液 p I 玎．4 s 中腐蚀电位一时间曲线 F i g ．2 T h eC o r r o s i o np o t e n t i a lc h a n g ep l o t t e d a saf u n c t i o no ft i m eo fs a m p l e sw i t hd i f f e r e n t c u r r e n td e n s i t yi nH a n k ss o l u t i o n p H 7 ．4 5 的试样有较正的腐蚀电位，约0 ．2V ；而在电流密度 5m A ／c m 2 下沉积阴极电沉积的试样稳定腐蚀电位 为一0 ．1V 。说明电流密度在2 0m A ／c m 2 下沉积试 样在H a n k ’S 模拟体液中有较好的热力学稳定性。 这是因为电流密度在2 0m A ／c m 2 下沉积的T i o 膜较厚，结合较紧密，而使其有更好的热力学稳定 性。 图3 是不同电流密度下阴极电沉积试样在 H a n l C s 溶液 p H 7 ．4 5 中阳极极化曲线。从图中阳 极极化曲线明显看出，电流密度在2 0m A ／c m 2 下沉 积试样在极化过程中的电流密度远小于电流密度在 5m A ／c m 2 下的沉积试样，说明在电流密度为2 0 m A ／c m 2 下沉积的试样有较优异的耐腐蚀性能。这 是因为大电流密度下沉积试样T i O 膜较厚，能较 好的阻止离子的转移，从而使电流密度较小。但电 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年1 期 流密度在5m A ／c m 2 下沉积试样的钝化区长于大电 流密度下沉积试样，是因为大电流密度沉积试样表 面很粗糙，可能会导致在表面钝化后形成的钝化膜 不够稳定，很容易被击穿，而使钝化区很短。但从阴 极极化区域来看，电流密度在2 0m A ／c m 2 下沉积试 样斜率很大，说明电流密度在2 0m A ／c m 2 下沉积试 样有较好的阴极极化性能。也说明在电流密度为 2 0m A ／c m 2 下沉积的试样有相对较好的耐腐蚀特 性。 ∞ U 邑 X 裔 图3 不同电流密度下阴极电沉积试样在I h 舾 溶液I p r r r ．钙 中阳极极化曲线 F i g ．3 T h ea n o d i cp o l a r i z a t i o nc n r V eo f s a m p l e sw i t hd i f f e r e n tc u r r e n ti n H a n k ss o l u t i o n p H 7 ．4 5 3结论 在电流密度5 m A ／c r a 2 下阴极沉积得到的T i o 膜非常均匀致密，仅有较小的裂纹；而在电流密度 2 0 m A ／c m 2 阴极沉积得到的T i 一0 膜较均匀，呈团絮 状分布在N i T iS M A 表面，但有较大裂纹。 在电流密度为2 0 m A ／c m 2 下沉积的试样有较 好的热力学稳定性和较优异的耐腐蚀性能。 参考文献 [ 1 3 V e l d h u i z e nAG ，S a n d e r sMM ，C o o lJC ．As c o l i o s i s c o r r e c t i o nd e v i c eb a s e do nm e m o r ym e t a l [ J ] ．M e d i c a l E n g i n e e r i n g ＆P h y s i c s ，1 9 9 7 ，1 9 1 7 1 1 7 9 ． [ 2 ] C h e n gFT ，S h iP ，M a nHC ．Ap r e l i m i n a r ys t u d yo f T i 0 2d e p o s i t i o no nN i T ib yah y d r o t h e r m a lm e t h o d [ , J 3 ． S u r f a c ea n dc o a t i n g sT e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，1 8 1 1 2 6 3 2 ． [ - 3 ] D u t t aRS ，M a d a n g o p a lK ，G a d i y a rHS ，e ta 1 ．B i o c o m p a t i b i l i t yo fN i - T iS h a p eM e m o r yA l l o y [ J ] ．B r i t ．C o r r o s i o nJ ．，1 9 9 3 ，2 8 2 1 7 2 1 9 ． [ 4 ] H a i t o n gZ e n g ，W i l l i a mR ．L a e e f i e l d ．X P S ，E D Xa n d F T I Ra n a l y s i so fp u l s e dl a s e rd e p o s i t e dc a l c i u mp h o s p h a t eb i o c e r a m i cc o a t i n g s t h ee f f e c t so fv a r i o u sp r o c e s s p a r a m e t e r s [ J ] ．B i o m a t e r i a l s 。2 0 0 0 2 1 2 3 3 0 ． [ 5 ] W e iM ，R u y sAJ ，M i l t h o r p eBK ，e ta 1 ．E l e c t r o p h o r e t i c D e p o s i t i o no fH y d r o x y a p a t i t eC o a t i n g so nM e t a lS u b s t r a t e s AN a n o p a r t i c u l a t eD u a l - C o a t i n gA p p r o a c h [ J ] ． J o u r n a lo fS o l - G e lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 1 。2 1 3 9 4 8 ． [ 6 ] C u iZD ，M a nHC ，Y a n gXJ ．T h ec o r r o s i o na n dn i c k e l r e l e a s eb e h a v i o ro fl a s e rs u r f a c e - m e l t e dN i T is h a p em e m o r ya l l o yi nH a n k ss o l u t i o n [ J ] ．S u r f a c e C o a t i n g s T e c h n o l o g y ，2 0 0 5 ，1 9 2 3 4 7 3 5 3 ． 地∽∞％眈叻此 万方数据