烷基糖苷對硫酸鹽無光鍍鋅的影響

張騏*，韓保紅，詹中偉，孫志華，彭超，湯智慧，宇波

（中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095）

烷基糖苷對硫酸鹽無光鍍鋅的影響

張騏*，韓保紅，詹中偉，孫志華，彭超，湯智慧，宇波

（中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095）

采用烷基糖苷為主添加劑進行硫酸鹽體系無光鍍鋅，表征了鍍層的光澤度、結(jié)合力和耐中性鹽霧腐蝕性能?；A(chǔ)鍍液組成和工藝條件為：ZnSO4·7H2O 225 g/L，Na2SO470 g/L，Al2(SO4)325 g/L，溫度(25 ± 5) °C，電流密度2 A/dm2，時間25 min(鍍層厚度8 ～ 12 μm)。對比研究了分別采用烷基糖苷和葡萄糖作添加劑時所得鍍鋅層的外觀和微觀形貌。結(jié)果表明，使用烷基糖苷作添加劑時所得鋅鍍層外觀均一，結(jié)晶致密，具有良好的基體結(jié)合力和耐蝕性。

電鍍；無光鋅；烷基糖苷；硫酸鹽；微觀形貌；耐蝕性；結(jié)合力

1 實驗

1. 1 工藝流程

以100 mm × 50 mm × 3 mm的08F鋼板為基材，工藝流程為：化學(xué)除油→水洗→吹砂→水洗→弱酸浸蝕→水洗→電鍍鋅→水洗→鈍化→水洗→吹干。

1. 1. 1 化學(xué)除油

NaOH 30 ～ 50 g/L，Na2CO320 ～ 30 g/L，Na3PO4·12H2O 30 ～ 50 g/L，Na2O·nSiO210 ～ 30 g/L，溫度75 ～ 95 °C。

1. 1. 2 吹砂

采用干式噴砂機，選用白剛玉砂、棕剛玉砂或石英砂，噴砂壓力0.3 ～ 0.6 MPa，噴砂距離50 ～ 200 mm。

1. 1. 3 弱酸浸蝕

30 ～ 50 mL/L鹽酸，時間≤10 s。

1. 1. 4 電鍍鋅

基礎(chǔ)鍍液組成為：ZnSO4·7H2O 225 g/L，Na2SO470 g/L，Al2(SO4)325 g/L。采用1 ～ 6 mL/L烷基糖苷(APG0810)或10 g/L葡萄糖作添加劑，pH 3.5 ～ 5.5，溫度(25 ± 5) °C，電流密度2 A/dm2，時間依據(jù)所需鍍層厚度而定，制備8 ～ 12 μm厚的鋅鍍層大約需要25 min。

1. 1. 5 鈍化

CrO3100 ～ 150 g/L，H2SO413 ～ 27 g/L，HNO380 ～ 100 g/L，溫度≥15 °C，時間3 ～ 5 s。雖然六價鉻鈍化不環(huán)保，但所得鈍化膜光亮，耐溫性好，具有自修復(fù)能力，在航空、航天等軍工領(lǐng)域內(nèi)仍有大量應(yīng)用。

1. 2 測試方法

1. 2. 1 鍍液的陰極極化曲線測量

采用273A電化學(xué)分析儀測定，研究電極為黃銅片(有效面積0.785 cm2)，輔助電極為鉑網(wǎng)，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，通過鹽橋與電解池相連。所測電位均相對于SCE，掃描速率為50 mV/s。

1. 2. 2 鍍層性能測試

(1) 外觀和形貌：根據(jù)HB 5035–1992《鋅鍍層質(zhì)量檢驗》，目視鋅鍍層的顏色是否正常，結(jié)晶是否均勻致密，以及表面是否有燒焦、麻點、起泡、脫落等缺陷；使用Gradner公司的4430型光澤度計測鍍鋅層的光澤度。

(2) 微觀形貌：使用FEI公司的Quanta 600掃描電子顯微鏡(SEM)觀察鋅鍍層的微觀形貌。

(3) 結(jié)合力：根據(jù)GB/T 5270–2005《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學(xué)沉積層 附著強度試驗方法評述》，用一把刃口磨至30°銳角的鋼劃刀，用力在試片的鍍鋅層表面劃6條間距為1 mm的平行線，再劃6條同樣間距的與之垂直相交的平行直線，要求深度直達基體金屬。若各線之間無鍍層剝落，則認為結(jié)合力合格。

(4) 耐蝕性：根據(jù)HB 5362–1986《飛機常用金屬防護層耐蝕性質(zhì)量檢驗》和HB 5830.12–1986《機載設(shè)備環(huán)境條件及試驗方法 鹽霧》，在Q-Lab公司的Q-FOG循環(huán)腐蝕試驗箱中進行中性鹽霧(NSS)試驗。

2 結(jié)果與討論

2. 1 鍍液的陰極極化曲線

圖1為基礎(chǔ)鍍液、分別以10 g/L葡萄糖和不同含量烷基糖苷作添加劑時的陰極極化曲線，從圖1可知，鍍液中添加葡萄糖和烷基糖苷均可提高鋅電沉積的陰極極化，但兩者對陰極極化的提高程度不同。電流為0.007 5 A時，基礎(chǔ)鍍液的電位為?1.240 V；鍍液中加10 g/L葡萄糖后，電位負移至?1.316 V，相對于基礎(chǔ)鍍液負移了76 mV。鍍液中分別添加1、2、3、4、5和6 mL/L烷基糖苷后，電位分別負移了103、135、160、160、167和168 mV，說明烷基糖苷對鋅電沉積陰極極化的增強效果更明顯。隨烷基糖苷用量的增加，鋅電沉積的陰極極化增強，但增加的幅度逐漸減小，當(dāng)烷基糖苷的添加量大于3 mL/L時，繼續(xù)增大其用量，陰極極化強度基本保持穩(wěn)定。另外，烷基糖苷加入量過多會增大鍍液黏度。因此控制鍍液中烷基糖苷的添加量為3 ～ 5 mL/L，下文選擇烷基糖苷用量為4 mL/L。

圖1 采用不同添加劑時鋅電沉積的極化曲線Figure1 Polarization curves for zinc electrodeposition in bath with different additives

2. 2 鍍層的性能測試

2. 2. 1 外觀

圖2為分別采用4 mL/L烷基糖苷和10 g/L葡萄糖為添加劑時所得鍍鋅試樣的照片，表1為對應(yīng)試樣的光澤度。從圖2可知，使用烷基糖苷為添加劑時，制備的鍍層在鈍化前更均一，其表面鈍化膜的顏色更鮮艷。

圖2 采用含不同添加劑的鍍鋅液制備的試樣照片F(xiàn)igure2 Photos of samples obtained from zinc plating baths with different additives

表1 含不同添加劑的鍍鋅液制備的試樣的光澤度Table1 Glossiness of samples obtained from zinc plating baths with different additives

從表1可知，在20°、60°和85°三個入射光角度下，無論是鈍化前還是鈍化后，使用烷基糖苷為添加劑的鍍液所制備鍍層的光澤度均高于使用葡萄糖為添加劑的鍍液所制備鍍層的光澤度。

2. 2. 2 微觀形貌

圖3為分別采用4 mL/L烷基糖苷和10 g/L葡萄糖為添加劑時所得鍍鋅試樣的掃描電鏡照片。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，使用葡萄糖和烷基糖苷作為添加劑均可制備出表面平整、缺陷較少的鋅鍍層。但使用烷基糖苷作添加劑所得鍍層晶粒更小，外形圓潤，近似于橢球形，排列更致密；使用葡萄糖作添加劑所得鍍層晶粒較大，外形為塊狀且有明顯的棱角，排列不夠致密。

圖3 含不同添加劑的鍍鋅液制備的鍍層SEM照片F(xiàn)igure3 SEM images of coatings obtained from zinc plating baths with different additives

2. 2. 3 結(jié)合力

圖4為使用4 mL/L烷基糖苷作添加劑時所得鋅鍍層經(jīng)過劃痕試驗之后的照片。從圖4可以看出，鋅鍍層未出現(xiàn)起皮和脫落，說明鋅鍍層與基體之間有很好的結(jié)合力。

圖4 采用烷基糖苷為添加劑制備的鍍層劃痕照片F(xiàn)igure4 Scratch photos of zinc coatings prepared with alkyl glycosides as additive in plating bath

2. 2. 4 耐蝕性

圖5為使用烷基糖苷作添加劑時鈍化的鍍鋅試樣經(jīng)NSS試驗不同時間后的照片。

圖5 采用烷基糖苷為添加劑制備的鍍層NSS試驗后的照片F(xiàn)igure5 Photos of zinc coating after NSS test prepared with alkyl glycosides as additive in plating bath

從圖5可以看出，在中性鹽霧試驗的72 h內(nèi)，各試樣與初始狀態(tài)相比僅出現(xiàn)鈍化膜變淺的現(xiàn)象，并未出現(xiàn)白銹；NSS試驗336 h后，鍍鋅試樣表面才出現(xiàn)白銹，但未出現(xiàn)紅銹。由此可見，鍍鋅試樣具有良好的耐蝕性。

3 結(jié)論

使用以烷基糖苷為添加劑的硫酸鹽體系無光鍍鋅配方所得鍍鋅層外觀均一、結(jié)晶致密，具有良好的結(jié)合力及耐蝕性。該硫酸鹽無光鍍鋅配方成分簡單，組分環(huán)保，工藝管理方便，適合進行工業(yè)化生產(chǎn)。

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[ 編輯：周新莉 ]

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Effect of alkyl glycoside on dull zinc plating from sulfate bath

ZHANG Qi*, HAN Bao-hong, ZHAN Zhong-wei,SUN Zhi-hua, PENG Chao, TANG Zhi-hui, YU Bo

Dull zinc plating was conducted in a sulfate bath with alkyl glycoside as a main additive. The coating’s glossiness, adhesion and resistance to neutral salt spray corrosion test were characterized. The basic bath composition and process conditions are as follows: ZnSO4·7H2O 225 g/L, Na2SO470 g/L, Al2(SO4)325 g/L, temperature (25 ± 5) °C, current density 2 A/dm2, and time 25 min (with a coating thickness of 8-12 μm). The appearance and microscopic morphology of zinc coatings prepared from the bath with alkyl glycoside or glucose as an additive were comparatively studied. The results showed that the zinc coating obtained from the bath with alkyl glycoside as an additive features uniform appearance, compact crystalline, strong adhesion to substrate and good corrosion resistance.

electroplating; dull zinc; alkyl glycoside; sulfate; microscopic morphology; corrosion resistance; adhesion

TQ153.15

A

1004 – 227X (2017) 08 – 0394 – 05

10.19289/j.1004-227x.2017.08.002

2017–03–14

2017–03–28

張騏（1990–），男，山西晉中人，碩士，助理工程師，主要研究方向為材料表面工程。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 15101180406@126.com。

First-author’s address:AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China

硫酸鹽鍍鋅是常用的無氰鍍鋅工藝之一，它的特點在于鍍液性能穩(wěn)定、電流效率高、沉積速率快、對設(shè)備的腐蝕小等，主要用于線材、板材電鍍[1]。硫酸鹽鍍鋅液通常由硫酸鋅、導(dǎo)電鹽(硫酸鈉、硫酸鎂等)、pH緩沖劑(硼酸、硫酸鋁)以及有機添加劑組成。其中有機添加劑一般分為以下幾類：第一類通常指主光亮劑，如芳香族磺酰胺、硫脲、芐叉丙酮、葡萄糖、季銨鹽等；第二類指整平劑或載體光亮劑，如聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、明膠、氧化烯化萘磺酸等；第三類是輔助光亮劑，如十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、乙二胺四乙酸等[2-3]。根據(jù)鍍層外觀，硫酸鹽鍍鋅可細分為光亮鍍鋅和無光鍍鋅[1]。在硫酸鹽光亮鍍鋅中，為了獲得外觀光亮的鋅鍍層，常常需要將三類有機添加劑進行復(fù)配[4-8]，這使得鍍鋅溶液的組分增加，加大了鍍液的分析和維護難度。相對而言，無光鍍鋅液的成分比較簡單，一般只需添加一種或幾種合適的主光亮劑或輔助光亮劑，分析和維護更加簡便，因此在工業(yè)上有一定的應(yīng)用。

本實驗室開發(fā)出一種以烷基糖苷為主要添加劑的新型硫酸鹽無光鍍鋅配方。烷基糖苷是20世紀80年代末開發(fā)出的一種以天然可再生資源脂肪醇和葡萄糖為原料，在酸性催化劑下脫水而生成的溫和型非離子表面活性劑[9-11]，具有很多優(yōu)良性能，有望成為非常有前途的酸性硫酸鹽無光鍍鋅添加劑，具體理由為：首先，烷基糖苷擁有與傳統(tǒng)硫酸鹽鍍鋅光亮劑葡萄糖相似的基團，可在鍍液中充當(dāng)主光亮劑；其次，烷基糖苷是一種無濁點的非離子表面活性劑，可以在高鹽體系中穩(wěn)定存在，并起到一定的整平作用；最后，相對于葡萄糖，烷基糖苷在鍍液中的穩(wěn)定性更高。