关 键 词：高电流密度，耐蚀性，塔菲尔曲线，微观形貌 作 者：范永哲,周红,马瑞娜,李贺坤 (河北工业大学材料学院,天津300132) 摘要：通过塔菲尔曲线的测量，研究了高密度电流(300A/dm2)下镀层的耐蚀性。结果表明：采用高电流密度进行电镀，其电镀层的腐蚀电位随电流密度的增大而提高(最高可达-0.845V)，腐蚀速率降低，耐蚀性增强；并且分析了高电流密度对镀层微观形貌的影响。 关键词：高电流密度；耐蚀性；塔菲尔曲线；微观形貌 中图分类号：TG174.44文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)14-0125-02 电镀锌是钢铁广泛应用的防腐蚀技术，防护性能较好，价格低廉，操作方便，电镀过程易于实现。近年来，镀锌钢板作为耐蚀钢板的需要量越来越大，其锌的附着量一般为30～50g/m2。对于镀锌钢板，最重要的就是获得外观合格的镀层以及良好的耐蚀性。 高速电镀是指采用比一般的静态浸镀方式大10倍以上的电流密度进行电镀，其最大的特点是高电流密度(J)，即高的极限电流密度。高速电镀的生产效率高、成本低、环境污染小、自动化程度高，在电镀锌工业生产中应用广泛，特别是板材与线材等产品。 目前国内外对高速电镀锌的工艺条件和影响因素都做了一定的研究。在高速电镀锌中,镀液的流速、阳极的选择、杂质以及不同种类的添加剂等都对镀层的质量有着十分重要的影响。 1·实验设备及方法 1.1实验设备 实验用主要设备有：SR-5B整流器电源；FEI-XL30型电子扫描显微镜，4XC型金相显微镜(上海光学仪器厂)；电化学工作站验(美国Gamry仪器公司PCI4/750型)；精密天平。 1.2实验方法 高速电镀锌的镀液组成(g·L-1)为：250～400ZnSO4，15～25柠檬酸，1～3EDTA，2～3光亮剂A，0.2～0.6硫脲，1～3聚乙二醇，10～30氯化铵。工艺流程为：砂纸打磨→机械抛光→酸洗→水洗→活化→电镀→吹干。 按镀液组成配置好镀液，在相同实验条件下逐渐增大电流密度，研究不同电流密度下镀层的性能。然后将得到的试样在扫描电镜下进行分析，并通过电化学实验测试其耐蚀性。将得到的测试数据进行对比分析，找出其最佳工艺并研究高电流密度对镀层耐蚀性能的影响。 2·实验结果与分析 2.1电流密度对镀层耐蚀性的影响 为了考察电流密度对高速镀锌层耐蚀性的影响，测量了在锌镀层外观合格条件下不同电流密度的塔菲尔(Taffel)曲线，如图1所示。 并通过EchemAnalyst软件进行Tafel拟合得到各组腐蚀数据。结果如表1所示。 因为锌的电位比铁的电位更负，所以镀锌板的腐蚀是靠锌的牺牲性溶解来保护钢板的。观察图1的塔菲尔曲线可以得出，随电流密度的提高，镀层的腐蚀电位升高，耐蚀性增强。当电流密度为280A/dm2时腐蚀电位达到最高-0.845V，自腐蚀电流密度降至最低2.593μA/cm2；当电流密度超过280A/dm2，腐蚀电位反而降低。这是因为当电流密度增大到一定程度时，镀层析氢严重，从而影响了镀层的耐蚀性。所以为提高镀锌板的耐蚀性应将电流密度控制在240～280A/dm2。 2.2电流密度对镀层形貌的影响 对比图2(a)、(b)和(c)可看出，随电流密度的增加，镀层厚度均呈上升趋势，且组织细密、平整。当电流密度小于340A/dm2时，随电流密度的增加，镀层的晶粒变小，组织细密，平整性好，镀层厚度也随之相应提高。这是因为当电流密度小于340A/dm2时，随电流密度的增大，阴极极化作用增大，形成晶核的形成功减小，从而导致出现晶核的几率增大，晶核的生成速度大于生长速度，则生成的晶粒多而小，组织细密。整平剂是通过到达阴极表面的速度不同，以及在表面凸凹两处吸附厚度不同而达到整平的目的。电流密度升高时，在表面波峰处吸附的整平剂较波谷处多，导致金属离子放电较为困难，沉积的金属就少些，而波谷处沉积较多，起到整平作用。而当电流密度大于340A/dm2时，镀锌层表面开始出现气泡甚至有烧焦的现象。在镀件上阴极电流密度较大的地方，特别是边角、四周，电流效率特别低，析氢严重，H+还原为氢气，结果使阴极表面这些部位OH-相应增加，即pH值升高，从而引起金属氧化物和氢氧化物在阴极表面与金属离子共沉积，造成疏松多孔的镀层。而且电流密度过大使得离子扩散变得困难，结晶粗大，供应给阴极表面的整平剂会减少，其吸附作用降低，因而整平性能下降。同时过高的电流密度会使光亮剂失去作用，镀液分散能力下降，镀层厚度更不均匀。以上这些因素都导致镀层质量下降。由此可见，要想获得质量高的镀层，必须把电流密度控制在一定范围内。 3·结论 (1)采用本文的镀液配方在钢板表面进行高速电镀锌，当施镀电流密度为200～300A/dm2时，镀层在w(NaCl)=5%电解液中的自腐蚀电流密度呈先降低后升高的趋势，施镀电流密度为280A/dm2时，自腐蚀电流密度达到最小值2.593μA/cm2，即腐蚀速度达到最小值1.185m/y。 (2)通过观察镀层微观组织形貌，发现施镀电流密度为260A/dm2时得到的镀层表面平整，组织细密，晶粒细小。 参考文献: [1]顾训雷，单玉桥，刘常升，等．高速电镀锌的研究现状与发展方向[J]．材料保护，2009，(1)：44-46． [2]符寒光．电镀锌系钢板的应用与发展[J]．钢铁研究，1995，7(4)，52-56． [3]王爱华，朱久发．我国电镀锌板发展趋势的探讨[J]．湖北：武汉钢铁集团公司研究院，2008，(25)：39-42． [4]王远，安成强，郝建军．高速电镀锌研究现状[J]．广西轻工业，2007，(9)：36-37． [5]李宁，武刚，黎德育，等．采用明镀法确定高速镀锌工艺参数[J]．材料科学与工艺，2001，(4)：420-423． [6]黎德育，李宁，杜明华，等．高速镀锌工艺对镀层耐蚀性的影响[J]．电镀与环保，2001，15(1)：8-11． [7]朱晓东，李宁，黎德育，等．高速电镀锌工艺对镀层粗糙度及微观形貌的影响[J]．中国有色金属学报，2005，15(1)：145-151． [8]吴志良，任玉苓，武刚．高速电镀锌工艺试验及其镀层性能[J]．宝钢技术，2001，(1)：27-30． [9]朱晓东，李宁．88系列添加剂对高速镀锌层质量的影响[J].电镀与环保，2005，25(5)：6-8． [10]李宁，王旭东，吴志良．高速电镀锌用不溶性阳极[J]．材料保护，1999，32(9)：7-9． |
