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高电流密度电镀锌对钢板耐蚀性的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-17  浏览次数:1414
核心提示: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

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

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。

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