镉镀层目前仍然是船舶、舰艇用部分钢基零部件的主要防护手段,尤其是应用于海军装备的紧固件、连接件的表面防护。当前的镉镀层基本采用电镀工艺,包括300M、30CrMnSiNi2A、A-100等高强度钢螺栓及连接件的表面防护,但是高强度钢采用电镀工艺进行防腐处理时,易产生氢脆,为解决上述问题,采用机械沉积的工艺在钢铁制件表面制备镉镀层,在达到表面防腐的同时,避免电镀过程产生上述问题。鉴于此,本论文将开展机械镀沉积镉工艺及镉镀层的相关研究。论文采用正交实验设计优化了机械沉积镉镀层用活化剂的组分与配比,综合分析了镉镀层的厚度、600 h盐雾实验的腐蚀面积、自腐蚀电位、腐蚀电流密度、相对密度等特性,进而确定了活化剂的组分及配比。同时在机械沉积镉镀层用活化剂配方确定的基础上,设置单因素变量,研究了工艺参数对镉镀层特性的影响,并确定了最佳施镀工艺参数。论文成功制备了机械沉积镉镀层,并借助XRD、SEM、EDS等分析了镀层的微观组织形貌和沉积机理;采用划格实验、孔隙率实验、电化学极化、中性盐雾试验、全浸试验等分析了镉镀层的结合强度、孔隙率、耐蚀性能;论文的研究得出以下结论:(1)机械沉积镉镀层制备所用活化剂组分配比为:聚氧化乙烯(PEO)(10%);聚乙烯醇(11%);膨润土(2.2%);柠檬酸钠(8%);丁炔二醇(2%);硅藻土(0.9%);亚锡盐的加入量为50%,余量为水;用此活化剂配方制备的镉镀层综合特性最好。(2)在活化剂配方确定的基础上研究机械沉积镉镀层的制备工艺对镀层特性的影响:制备镀层需要经过充分的前处理过程(加热除油、稀盐酸除锈),镀液的pH值为1~2,基层建立阶段应采用适中的转速(40 r/min左右),镀层循环增厚阶段应采用较高的转速(70 r/min左右),经过10 min的强化过程即能使镉镀层表面平整均匀,拥有光亮的金属光泽,镀层性能达到最好。(3)镀层的XRD扫描结果显示,镀层主体为镉单质,不存在镉的化合物,其中有少量的锡单质,镉元素的衍射峰峰形较为尖锐,镉镀层的结晶度高,同时镀层中存在晶粒增大的现象,EDS扫描结果显示,锡单质存在于镉粉颗粒之间,起到“粘合”的作用。镉粉颗粒是通过物理咬合作用镶嵌成层的,组成镀层主体的镉粉颗粒之间没有发生原子层面的结构重组,其中大部分镉粉颗粒在玻璃珠的碰撞作用下发生了塑性变形,部分镉粉颗粒相互挤压靠近板结成块状组织,镉粉颗粒(镉粉团簇)经历如下过程:聚集→吸附→紧实→平移、转动→变形→致密化,变成致密的镀层,镉粉之间相互挤压堆叠延长了腐蚀介质侵入基体的路径,使镀层的耐腐蚀性提高,划线划格试验显示,镀层未见脱落,结合强度达到了防腐性镀层的要求。(4)在5%氯化钠溶液中,镉镀层(-740mV)相较于铁基体(-600 mV)为阳极性保护镀层,镉镀层自腐蚀电位相较于机械镀锌层(-1300 mV)提高了560mV,腐蚀倾向性大大降低,腐蚀电流密度相比于机械镀锌层降低了70倍左右,腐蚀速度大大降低,在中性盐雾试验条件下,20μm的镉镀层出现5%红锈面积的时间为600 h左右,防腐性能较锌镀层大幅度提高。