溫度對(duì)硫酸鹽鍍鋅層性能的影響

邢樂(lè)紅 *，黎德育，李寧，崔術(shù)新

（1.牡丹江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157012；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

硫酸鹽鍍鋅體系主要應(yīng)用于鋼鐵的防腐蝕處理，它的優(yōu)點(diǎn)是高效環(huán)保，成本低、耐蝕性高且機(jī)械性能良好[1-3]。溫度是硫酸鹽鍍鋅工藝重要的參數(shù)之一，對(duì)電化學(xué)反應(yīng)活性、鍍液黏度、電導(dǎo)率、傳質(zhì)性能等影響很大[4-5]。目前研究硫酸鹽鍍鋅主要集中在優(yōu)化鍍液組成及調(diào)控操作條件上[6-8]，而溫度對(duì)鍍層明度、微觀形貌及耐蝕性的影響尚未得到細(xì)致研究。本文從體系電化學(xué)反應(yīng)活性和傳質(zhì)性能入手，通過(guò)物理表征和電化學(xué)測(cè)試研究了鍍層的明度、微觀結(jié)構(gòu)和耐蝕性，分析了溫度對(duì)鍍層性能的影響，獲得了結(jié)晶細(xì)致、平整的鍍鋅層。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 前處理

選用10 cm × 5 cm 的低碳鋼板為基體，在燒杯中對(duì)其進(jìn)行除油、水洗、酸洗等前處理后進(jìn)行電鍍。除油液為5 g/L 的十二烷基磺酸鈉水溶液，酸洗液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的稀H2SO4。

1.2 硫酸鹽電鍍鋅

在方形塑料鍍槽中完成電鍍，采用鋅陽(yáng)極，恒溫水浴。電鍍液的基本組成和工藝條件為：鋅離子(以硫酸鋅的形式加入)90 g/L，硫酸6 g/L，電流密度5 A/dm2，溫度30 ～ 70 °C，時(shí)間475 s。

1.3 性能表征

1.3.1 明度

因操作簡(jiǎn)單，快速，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，明度法常用于表征硫酸鹽鍍鋅層的表觀質(zhì)量[1]。采用杭州輕通儀器有限公司XND-1 型白度測(cè)試儀測(cè)定鍍鋅層的明度，數(shù)值越大，則其表觀質(zhì)量越好。每個(gè)鍍鋅試片在對(duì)角線上不同位置隨機(jī)測(cè)5 個(gè)點(diǎn)，取平均值。相同的工藝條件下平行鍍3 個(gè)試片，取平均明度作為此工藝條件下的明度。

1.3.2 微觀形貌

利用上海儀器五廠4XC 型金相顯微鏡觀察鍍鋅層的微觀形貌。

1.3.3 耐蝕性

采用上海辰華CHI660 電化學(xué)工作站測(cè)定鍍鋅層(面積1 cm2)的Tafel 曲線，3.5%的NaCl 溶液為電解液，1 cm × 1 cm 的Pt 片為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，掃描速率為10 mV/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)鍍層表觀質(zhì)量的影響

溫度對(duì)鍍鋅層明度的影響如圖1 所示。隨溫度升高，鍍層的明度先升高后降低。鍍液溫度為50 °C 時(shí)，鍍層明度最高，性能最好。這主要是由于隨溫度升高，鍍液中離子擴(kuò)散速率增大，濃差極化降低，有利于形成細(xì)小致密的結(jié)晶。但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，電化學(xué)極化明顯減弱，晶核形成速率小于結(jié)晶長(zhǎng)大速率，造成結(jié)晶粗大。

圖1 溫度對(duì)鍍鋅層明度的影響Figure 1 Effect of temperature on brightness of electroplated zinc coating

2.2 溫度對(duì)鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同溫度下所得鍍鋅層放大800 倍的金相顯微照片如圖2 所示。由圖2 可知，50 °C 時(shí)所得鍍層結(jié)晶最為細(xì)致，這主要是因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)，鍍液中離子傳遞阻力較小，濃差極化降低，結(jié)晶細(xì)致；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，電化學(xué)極化顯著下降，不利于形成細(xì)小結(jié)晶，結(jié)晶粗大。所以溫度為50 °C 時(shí)，鍍層最為細(xì)致平滑，此時(shí)明度也最高，可見(jiàn)結(jié)晶較好的鍍層，明度也較高。

圖2 不同溫度下所得鍍層的微觀形貌Figure 2 Micromorphologies of zinc coatings electroplated at different temperatures

2.3 溫度對(duì)鍍層耐蝕性的影響

測(cè)試不同溫度下所得鍍鋅層的Tafel 曲線以比較其耐蝕性，結(jié)果見(jiàn)圖3，對(duì)應(yīng)的腐蝕電位φcorr和腐蝕電流密度jcorr列于表1。由圖3 及表1 可知，當(dāng)溫度為50 °C 時(shí)，鍍層的腐蝕電流最小，腐蝕電位最負(fù)，耐蝕性最好。

圖3 不同溫度所得鍍鋅層在3.5% NaCl 溶液中的Tafel 曲線Figure 3 Tafel polarization curves for zinc coatings electroplated at different temperatures in 3.5% NaCl solution

表1 不同溫度所得鍍層在3.5% NaCl 溶液中的腐蝕參數(shù)Table 1 Corrosion parameters of zinc coatings electroplated at different temperatures in 3.5% NaCl solution

3 結(jié)論

溫度對(duì)鍍層性能影響較大。隨溫度升高，傳質(zhì)阻力降低，濃差極化減小，鍍層性能提高，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，電化學(xué)極化明顯降低，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)快，不利于細(xì)小結(jié)晶形成，鍍層性能下降。當(dāng)溫度為50 °C 時(shí)，獲得的鍍層性能最好。

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