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2019年, 第29卷, 第1期 刊出日期:2019-01-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • 孙月花,王日初,彭超群,冯 艳,杨 明
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 1-14.
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    Mg-Li基复合材料由于具有高比强度和比刚度、良好的阻尼特性和耐磨性、以及较小的热膨胀系数, 成为航空航天和军事领域的理想结构材料之一。介绍了粉末冶金、压力浸渗、搅拌铸造、薄膜冶金以及原位生成等Mg-Li基复合材料常用的制备方法,并对其优缺点进行比较。总结了Mg-Li基复合材料常用的基体合金和增强体,以及典型Mg-Li基复合材料的组织与性能。概述了Mg-Li基体复合材料中基体和增强体的界面化学。最后,针对目前存在的问题以及可能的解决途径进行了探讨。
  • 李劲风,黄嘉蕾,刘丹阳,陈永来,张绪虎,马鹏程
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 15-24.
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    采用透射电镜研究高Li含量(2.14%,质量分数)1460铝锂合金T6(145、160、175 °C)及T8双级时效(4%预变形,130 °C,24 h+160 °C)时析出相的演化及分布。合金的时效析出相包括d?(Al3Li)相和T1(Al2CuLi)相,其中d?相为晶内优先析出相。低温(145 °C)T6时效时,晶内还形成大量均匀分布而且稳定的d?/GPI/d?复合相。较高温度(160 °C及175 °C) T6时效时,还会析出大量T1相;T1相优先于(亚)晶界形核,而后随时效时间延长,逐渐在晶内析出。T8双级时效时,晶内可形成d?/GPI/d?复合相及T1相;其中d?/GPI/d?复合相开始形成于第一级低温时效,并于第二级较高温度时效时一直稳定存在;T1相则形成于第二级时效,且T8时效时的预变形促进T1相在晶内快速析出。
  • 刘永雄,尹付成,李智,欧阳雪枚,陈亮平,
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 25-33.
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    利用扩散偶和平衡合金法,采用扫描电镜-能谱、X射线衍射和电子探针分析方法对Al-Zn-Zr三元系800℃等温截面进行实验测定。实验确定了13个三相区;三元化合物Zn50Al25Zr25(T相)稳定存在于此等温截面,拥有比较大的成分区间(16.84%~55.1% Zn、18.02%~56.3% Al 和26.0%~28.53% Zr,摩尔分数),并能与该体系中所有的二元化合物平衡共存。Zn在Zr-Al化合物Zr3Al、Zr2Al、Zr3Al2、Zr4Al3、ZrAl、Zr2Al3、ZrAl2和ZrAl3中最大溶解度分别是7.5%、0.84%、0.33%、0. 89%、0.91%、1.12%、0.64%和3.8%(摩尔分数);Al在Zn-Zr化合物Zn3Zr、Zn2Zr和ZnZr中最大溶解度分别是1.6%、1.3%和13.6%(摩尔分数)。
  • GloriaACOSTA,LucienVELEVA,JuanLuisLóPEZ,D.A.LóPEZ-SAURI
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 34-42.
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    将6061-T6和2219-T42铝合金样品暴露在加勒比海水中90 d。将开路电位的波动作为电化学噪声(EN),用来表征和比较合金表面的初始点蚀行为。采用功率谱密度(PSD)与频率的关系图进行电化学噪声分析。PSD图中指数β的减小表明,随着海水中铝合金点蚀的进行,出现自发的能量释放。开路电位的波动与新腐蚀层的破裂和形成有关。PSD图中指数β的变化趋势表明,AA2219-T42铝合金的腐蚀过程是一个持续的非稳态过程,其动力学行为受分形布朗运动(fBm)控制;AA6061-T6铝合金的腐蚀过程则主要表现出稳态和弱持久性的特性,这是由于分形高斯噪声(fGn)的贡献。将合金暴露于海水中后进行扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)分析,发现合金上存在富含Cu或Fe、不规则分布的不溶性金属间化合物颗粒。AA2219-T42合金中Mg和Al的优先溶解发生在S相(Al2CuMg)。
  • 林嘉华,赵海东,黄嘉敏
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 43-50.
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    铸件/铸型界面传热系数是影响凝固过程温度场分布的重要因素。基于改进的非线性估算法,结合A356合金重力铸造凝固过程底部与侧部界面的温度测量,利用有限元法逆向求解界面传热系数的变化。结果表明:当铸件底部形成凝壳后,该界面的传热系数达到稳定;而侧部界面的传热系数稳定阶段发生在铸件体收缩完成时;底部界面传热系数的稳定值为750 W/(m2?°C),约为侧部界面的3倍。此外,铸件底部与侧部界面的表面形貌分析表明,凝固过程表面特征的演变导致空间界面传热系数的差异。
  • 赵建华,赵文群,屈伸,张彦青
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 51-58.
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    采用液-固复合铸造技术制备未经表面处理和经热浸镀铝表面处理的AZ91D/0Cr19Ni9双金属复合材料,研究铝涂层对AZ91D/0Cr19Ni9界面显微组织和力学性能的影响。结果表明:镁合金和裸钢0Cr19Ni9之间为机械结合,结合界面处存在一缝隙;而镁合金AZ91D和镀铝钢0Cr19Ni9之间形成冶金结合,且镁合金AZ91D/镀铝钢0Cr19Ni9界面可以分为两个不同的金属间化合物层:层I主要由α-Mg+β-Mg17Al12共晶组织和少量的MgAl2O4相组成,层II主要由Fe2Al5金属间化合物组成。此外,结合界面的硬度明显高于镁合金基体AZ91D的硬度,层I和层II的平均硬度分别为HV 158和HV 493。镁合金AZ91D/镀铝钢0Cr19Ni9界面的剪切强度高于镁合金 AZ91D/裸钢0Cr19Ni9界面的剪切强度,这证明在液-固复合铸造过程中铝涂层能提高镁合金AZ91D和钢0Cr19Ni9之间的结合强度。
  • 孙红,余黎明,刘永长,张立业,刘晨曦,李会军,吴杰峰
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 59-66.
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    研究热处理过程对Ti-6Al-4V-10Nb合金显微组织和力学性能的影响。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对合金显微组织进行研究,并通过拉伸试验对其室温和高温力学性能进行评估。结果表明,锻造和热处理后的主要组织为板条和球状初生α相、次生α相和β相。次生α相的尺寸明显小于初生α相的尺寸。热处理后,初生α相的体积分数减少,次生α相的体积分数增加。随着固溶温度的升高,初生α相的体积分数明显减少,次生α相的体积分数明显增加。随着固溶温度的升高,Ti-6Al-4V-10Nb合金的屈服强度和抗拉强度明显提高。
  • 李艳军,吴爱萍,李权,赵玥,朱瑞灿,王国庆
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 67-76.
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    采用有限元数值模拟方法预测Ti2AlNb合金电子束焊接接头的残余应力,并通过实验加以验证。对比模拟与实验结果,本文的数值计算方法具有良好的精度。结果表明,焊缝中心区域呈现三向拉应力状态;其他焊接参数相同条件下,聚焦电流对焊缝形状及尺寸具有显著影响,从而影响焊接残余应力水平;对于Ti2AlNb合金厚板电子束熔透焊接头,焊缝中心具有1000 MPa左右的厚度方向应力;增大熔宽可降低厚度方向应力,进而降低接头裂纹倾向。
  • 惠 钰,吴建军,王明智,展学鹏,樊 赫
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 77-87.
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    针对各向异性材料,讨论单一方向的应变硬化指数对复杂应力问题求解的局限性,提出了一种基于等效能量法计算各向异性材料等效应变硬化指数的新方法。首先,设置一系列有限元仿真实验,得出残余压痕参数与等效应变硬化指数的无量纲函数关系式;其次,使用此无量纲函数建立等效应变硬化指数与残余压痕的数学表达式;最后,通过对比数值试验结果验证该方法的有效性。另外,为了确定各向异性材料的屈服强度,对其Meyer关系进行扩展。通过数值实例及对TC1M钛合金的实际应用验证了该新方法的有效性和可靠性。
  • A. ALANSARI, Y. SUN
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 88-97.
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    研究在干磨条件下表面光洁度对氧化处理工业纯锆(CP-Zr)摩擦磨损性能的影响。CP-Zr试样经表面打磨后(Ra=0.21 μm),在650 °C氧化6 h。氧化后,部分试样经过抛光而取得镜面光洁度(Ra=0.04 μm)。采用单向滑动试验对抛光和未抛光的氧化试样进行比较测试。结果表明,表面抛光对氧化 CP-Zr的干摩擦磨损性能有较大的影响,包括磨擦因数、磨损速率、裂纹形成和氧化层破裂。表面抛光加快在干磨擦过程中半圆形裂纹的形成和氧化层的破裂。在高接触应力下, 稍微粗造的氧化表面有利于减缓裂纹的形成和耐磨性的提高。并对磨损机理,包括裂纹形成、扩展和断裂进行探讨。
  • 曹倬菡,孙宇,周琛,万志鹏,杨文华,任丽丽,胡连喜
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 98-111.
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    通过在Gleeble-1500热模拟压缩机上对V-10Cr-5Ti合金进行温度为950~1350 °C、应变速率为0.01~ 10 s-1的热模拟压缩实验,并基于Arrhenius模型、位错密度模型、形核模型和晶粒长大模型,建立一种元胞自动机(CA)模型来模拟和表征动态再结晶过程中的组织演变。结果表明:流动应力对变形速率和变形温度具有强烈的依赖性,利用Arrhenius模型预测的应力值与实际测量值的误差小于8%。CA模型计算得到的初始平均晶粒尺寸为86.25 μm,与试验测量得到的85.63 μm相近。模拟表明:初始晶粒尺寸对动态再结晶组织演化影响并不显著,而提高应变速率或降低变形温度均可细化再结晶晶粒。
  • KhalidA.AL-GHAMDI,G.HUSSAIN
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 112-122.
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    鼓包是渐进成形工艺(ISF)中引起几何误差和过早失效的一种缺陷。本研究的目的是:(1)了解覆铜三层钢板的鼓包行为与成形条件之间的关系;(2)分析弯曲对鼓包的影响,并试图得出相关机理。为此,进行一系列的渐进成形和弯曲实验。结果表明:层状板材的鼓包形成对成形条件较敏感,可以通过采用退火材料,更大的刀具直径和步长进行ISF加工,使鼓包减到最小,弯曲分析表明,鼓包是成形工具在ISF过程中施加在板材上的弯曲力矩作用的结果;当力矩从0.046增加到10.24 N·m/m时,鼓包的平均高度从0.07增加到0.91 mm;层状板材中的鼓包与弯曲力矩呈线性关系。综上,通过控制弯曲力矩可以克服鼓包缺陷,本研究提出的公式对相关研究有一定的帮助。
  • 陈冠一,李专,肖鹏,欧阳曦,马文杰,李鹏涛,李金伟,李杨
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 123-131.
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    为了研究C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能及制动过程中的热应力行为,对C/C-SiC复合材料进行模拟高铁制动条件下的自对偶摩擦磨损测试,同时在ANSYS有限元模拟软件中对制动过程的温度及结构场进行耦合。结果显示,C/C-SiC复合材料在制动过程中表现出优异的静摩擦因数(0.68)以及动摩擦因数(平均值为0.36);摩擦面的最高温度为445 °C。模拟的温度场结果显示,摩擦面的最高温度为463 °C。模拟热应力场结果显示,制动过程中摩擦面上的最大热应力为11.5 MPa。摩擦面上的温度与热应力分布呈相似趋势。
  • 张新杰,崔洪芝,王佳峰,张国松,赵玉桥,孙 康
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 132-142.
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    采用等离子熔覆工艺,以不同比例的Ti、B4C和Ni55为原料原位制备TiB2-TiC强化Ni55基复合材料涂层,研究陶瓷相TiB2+TiC含量对涂层显微组织及耐磨性能的影响。结果表明:通过等离子熔覆合成TiB2和TiC陶瓷相,陶瓷相含量对涂层在不同载荷下的摩擦学性能和磨损机制有较大影响。在30 N磨损载荷下,复合陶瓷通过阻碍裂纹扩展抑制剥层磨损的作用;在60 N磨损载荷下,高硬度、高强度陶瓷可以有效降低磨粒磨损和黏着磨损的作用。另外,在高陶瓷含量的涂层磨痕表面发现有压实层结构分布,有效降低摩擦因数和磨损率。在30 和60 N的磨损载荷下,TiB2-TiC复合陶瓷通过不同的磨损机制提高涂层的磨损性能。
  • Naila ZUBAIR, Khalida AKHTAR
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 143-156.
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    通过简单快速且无添加剂的氨水可控沉淀法在水溶液中制备具有新型形貌和均匀纳米结构的氧化锌粉末。用SEM、XRD、FTIR、TG/DTA等检测手段表征所制备的固体粉末。FTIR 分析结果显示:纳米结构形貌对所制备材料的红外光谱影响较小。将原始态(ZnO-AP)、烧结态(ZnO-Cal)和商业(ZnO-Com)纳米结构ZnO 制作成气敏元件,并在室温(29 °C)下检测其对氨气、丙酮和酒精的气敏性能。结果表明,ZnO-AP 和ZnO-Cal 气敏元件对1×10-6的氨气表现出优良的气敏性能和可重复性,灵敏度分别为63.79% 和 66.87%,响应和恢复时间分别为13和3 s;这是由于合成的纳米结构具有独特的形貌和优异的形状与尺寸均匀性。相反,ZnO-Com气敏元件对浓度200×10-6以下的氨气没有响应。另外,ZnO-Cal在室温下对氨气的选择性高于对丙酮和酒精的选择性。总之,合成的ZnO对氨气的最低检测限为1×10-6,表明其具有优异的气敏特性。
  • 赵文华,魏智强,武晓娟,张旭东,张莉,王璇
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 157-164.
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    采用水热法合成纯ZnS和Ni掺杂ZnS纳米棒。通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)、色散能量分析谱仪(EDS)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等技术分别研究Ni掺杂对样品的物相结构、形貌、元素组成和光学性能的影响,并通过紫外光照射在水溶液中降解有机染料罗丹明B(RhB)研究Zn1-xNixS纳米棒的光催化活性。结果表明:所有样品具有纤锌矿结构,结晶良好。样品的形貌均为一维纳米棒结构,分散性较好,晶格常数发生畸变。掺杂Zn1-xNixS的带隙小于纯ZnS的,因此,发生红移现象。Ni掺杂ZnS 纳米材料能增强降解有机染料罗丹明B的光催化活性,尤其是Zn0.97Ni0.03S样品对罗丹明B具有较好的光催化性能和光催化稳定性。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 邹艳红,刘尧,潘勇,阳宽达,戴塔根,毛先成,赖建清,田海龙
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 165-177.
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    青海卡尔却卡多金属矿床位于祁漫塔格成矿带,是一个典型的矽卡岩多金属矿床,该矿床形成的条件及详细动力学过程一直是地球科学研究工作中的重要课题。利用有限差分法对该地区的黄铜矿成矿过程进行数值建模,并在数值模拟中近似地考虑野外地质特征、成矿及其相关的地球化学条件。着重采用现代成矿理论定量地考虑卡尔却卡多金属矿床中黄铜矿的成矿化学反应过程。相关数值结果表明:含矿热液流动是该地区矿化的关键控制因素,而温度梯度是孔隙热液流体流动的主要驱动力。在卡尔却卡多金属矿床中,黄铜矿成矿的温度为250~350 °C。这些相关的计算结果已通过地质勘查成果得到验证。由此表明:采用新兴计算地球科学中的成矿化学反应与有限差分模型耦合模拟方法有利于提高对该地区成矿过程的认识。
  • 印万忠,孙乾予,李东,唐远,付亚峰,姚金
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 178-185.
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    通过浮选试验、芘荧光探针、zeta电位和红外光谱分析,研究组合捕收剂丁钠黄药(NaBX)和十二胺(DDA)对氧化铜浮选的影响。单矿物浮选试验表明,在pH 7~11条件下,NaBX+DDA的浮选效果优于NaBX,其中NaBX与DDA的最佳摩尔比为2:1。实际矿的浮选试验表明,NaBX和DDA的用量为(100+54) g/t时,精矿中铜的品位和回收率分别为15.93%和76.73%。芘荧光探针结果表明,NaBX+DDA可降低胶束在矿浆中形成的浓度。Zeta电位和红外光谱测试结果表明,NaBX+DDA通过化学吸附、氢键吸附和静电吸附作用在孔雀石表面,并生成黄原酸铜和铜胺络合物。
  • 李小斌,王洪阳,周秋生,齐天贵,刘桂华,彭志宏,王一霖
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 186-193.
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    铝硅酸盐矿物中氧化硅和氧化铝的预先分离对从高硅含铝物料中提取氧化铝具有重要意义。本文作者 研究高岭石与氧化铁在还原焙烧过程中的反应行为。热力学计算以及还原焙烧实验结果表明,由氧化铁还原得到的氧化亚铁优先与高岭石中的氧化铝反应而生成铝酸亚铁;与此同时,高岭石中的氧化硅转变为石英固溶体或者方石英固溶体。在有足量碳粉存在的条件下,过量的氧化亚铁和氧化硅反应生成的硅酸亚铁随着焙烧温度的升高进一步还原成氧化硅和金属铁。然而,升高焙烧温度及降低Fe2O3/Al2O3的摩尔比均能促进莫来石的形成。控制高岭土、赤铁矿和煤灰中Fe2O3/Al2O3/C摩尔比为1.2:2.0:1.2,在1373 K下还原焙烧60 min即可实现高岭石完全转变为独立的氧化硅和铝酸亚铁。研究结果有望为铝硅酸盐矿物中氧化铝和氧化硅的综合利用提供新技术。
  • 刘 伟,尹周澜,丁治英
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 194-199.
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    采用差示扫描量热分析(DSC)和拉曼光谱技术研究铝酸钠溶液的低温相变行为。分析结果表明:在低温下,低浓度铝酸钠溶液中NaOH浓度是影响溶液二元共晶点和冰融化温度的关键因素。当温度从123.15升高到283.13 K时,低浓度铝酸钠溶液的相变过程可分为4个阶段:非晶体转化为晶体、三元共晶反应、二元共晶反应和冰的融化。铝酸钠溶液的三元共晶温度为183.15 K,并绘制出低温下NaOH-Al(OH)3-H2O体系的三元投影相图。
  • 于大伟,DoganPAKTUNC
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 200-212.
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    铝电解槽废旧阴极(SPL)是铝电解生产过程中产生的废料,被用作造渣熔剂与碳源来碳热还原铬铁矿。本研究的主要目标是促进碳热还原过程中铬铁合金颗粒的生长,以利于后续过程中合金与渣相的分离。实验证明相对于采用石墨作为还原剂,SPL中的碳组分能够更有效地还原铬铁矿。铬铁矿还原过程中矿物颗粒表面形成惰性的尖晶石层(MgAl2O4),从而阻碍反应的进行以及铬铁合金的生长。SPL中的造渣组分(例如霞石及NaF)在较低温度下(约1300 °C)形成熔渣,并部分熔解尖晶石以及铬铁矿相。通过破坏铬铁矿颗粒表面的惰性尖晶石层、促进传质过程以及提高还原温度(例如1500 °C)实现铬铁合金颗粒的生长。在还原温度为1500 °C以及采用SPL作为添加剂条件下,还原得到较为粗大的铬铁合金颗粒,采用淘析法能够实现合金与渣相的有效分离。
  • 闫红杰,肖俊兵,宋彦坡,胡志文,谭智凯,刘柳,
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 213-221.
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    结合高速摄影和数字图像处理技术,采用4种不同开口率的多孔喷嘴结构研究底吹过程中气泡的生长和脱离行为。实验结果表明,多孔喷嘴结构条件下的气泡生长过程由花瓣状阶段、膨胀阶段和分离阶段组成。通过实验获得的气泡图像对花瓣状气泡进行定性描述,并且通过纵横比定量分析非球形气泡形状变化规律。此外,采用最大卡尺距离和气泡当量直径分析气泡脱离尺寸。通过考虑气泡脱离直径与开口率的关系,分别建立基于最大卡尺距离与喷嘴出口水力直径比的无量纲气泡直径的预测模型。对比分析结果表明,提出的预测模型能够准确预测多孔喷嘴结构条件下的气泡脱离尺寸。
  • Piotr M. SKITA?, Przemys?aw T. SANECKI, Dorota SALETNIK, Jan KALEMBKIEWICZ
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(1): 222-232.
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    采用循环伏安、计时电势、计时电流以及光学数码显微镜、辉光放电光谱(GD-OES)、X射线荧光光谱分析(XRF)、扫描电镜能谱(SEM-EDS)等技术,研究碱性NH4OH/NH4Cl缓冲溶液中镍在钢和铜上的电沉积,目的是从弱碱性溶液中获得镍镀层,并优化工艺过程。以镍镀层质量为指标,对电解液组成、pH、温度、电流、电势等工艺参数进行优化。讨论析氢在电沉积过程中的作用,并研究Co作为添加剂的影响。发现少量的Co可以催化Ni沉积过程、改善镀层的质量和颜色。因此,在可能的应用中,应认真考虑Ni/Co共沉积。研究还表明,对于恒电流沉积模式,镀层的质量与极化电势区间的宽度有关,此电势区间宽度由计时电势曲线E=f(t)在沉积过程刚开始时的部分确定。