電沉積高耐蝕性Zn-Ni合金新工藝

楊 旸，蘇勛家，侯根良，李 平

（第二炮兵工程學(xué)院501教研室，陜西 西安 710025）

電沉積高耐蝕性Zn-Ni合金新工藝

楊 旸，蘇勛家，侯根良，李 平

（第二炮兵工程學(xué)院501教研室，陜西 西安 710025）

Zn-Ni合金鍍層具有較好的耐蝕性，應(yīng)用于金屬表面防護(hù)具有很大的發(fā)展前景。為此開發(fā)了一種電沉積高耐蝕性Zn-Ni合金的新工藝，該工藝具有成本低、操作方便、鍍液穩(wěn)定及鍍層易鈍化等優(yōu)點(diǎn)。在45＃鋼表面電沉積Zn-Ni合金鍍層，并對鍍層的截面形貌、成分以及耐蝕性進(jìn)行測試。結(jié)果表明：所得鍍層光亮、平整，結(jié)晶細(xì)致、均勻；鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.52%；鍍層經(jīng)鈍化處理后，其耐蝕性進(jìn)一步提高，其中黑色鈍化的效果最佳。

電沉積；Zn-Ni合金；耐蝕性；鈍化

0 前言

Zn-Ni合金具有良好的可焊性和延展性、耐高溫、耐磨、耐蝕等特點(diǎn)，目前已在汽車、機(jī)械、鋼鐵、航空及電子等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用［1－3］。

關(guān)于電沉積Zn-Ni合金新工藝的研究已有一些報道，但大多集中于酸性鍍液體系［4－6］。近些年發(fā)展起來的堿性鍍液體系具有比酸性鍍液體系更明顯的優(yōu)點(diǎn)［7］，從而成為研究熱點(diǎn)。本實驗采用堿性無氰鋅酸鹽鍍鋅工藝在45＃鋼表面電沉積Zn-Ni合金鍍層，并對鍍層的截面形貌、成分以及耐蝕性進(jìn)行測試。

1 實驗

1.1 實驗材料

試樣為45＃鋼，尺寸為60mm×10mm×2 mm。

1.2 工藝流程

化學(xué)拋光 —→水洗 —→堿性除油 —→水洗—→電解除油 —→水洗 —→超聲波除銹 —→水洗 —→弱浸蝕 —→水洗 —→電鍍 Zn-Ni —→水洗 —→鈍化—→水洗 —→熱風(fēng)吹干

1.3 鍍液配方及工藝條件

氧化鋅9.9～11.2g/L，六水硫酸鎳2.2～4.6 g/L，氫氧化鈉100～130g/L，配位劑L-A 33～55 mL/L，配位劑L-B 65～85mL/L，添加劑 T-A 3～10mL/L，添加劑 T-B 0.25～1.00mL/L，pH 值14，1.5～3.0A/dm2，26～30℃。

1.4 鍍液成分的作用及工藝條件的影響

（1）氧化鋅和硫酸鎳

氧化鋅是提供鋅離子的主鹽，在生產(chǎn)實踐中可以通過鋅陽極溶解來補(bǔ)充鋅離子；在實驗室條件下鋅離子的消耗較少，通過及時監(jiān)控鍍液中鋅離子的質(zhì)量濃度，溶解氧化鋅進(jìn)行補(bǔ)充。硫酸鎳是提供鎳離子的主鹽，鋅、鎳的共沉積主要取決于溶液中鎳的質(zhì)量濃度，溶液中鎳的質(zhì)量濃度高，則合金鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)就高。

鍍液中主鹽的質(zhì)量濃度過高，導(dǎo)致陰極極化下降，晶核生成速率變慢，鍍層晶粒較粗；過低，不僅使鍍液的導(dǎo)電性變差，還會使鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，影響鍍層性能。本實驗中ρZn∶ρNi保持在10∶1左右。

（2）氫氧化鈉

氫氧化鈉主要是提供一個穩(wěn)定的堿性環(huán)境，對主鹽離子起配位作用，提高鍍液的導(dǎo)電性和分散能力。氫氧化鈉的質(zhì)量濃度過低，會造成光亮區(qū)的分散能力較差；過高，會造成鍍液的質(zhì)量濃度失調(diào)，引起故障。氫氧化鈉的質(zhì)量濃度應(yīng)控制在100～130 g/L。

（3）配位劑

配位劑L-A是一種鎳的配位劑，可防止溶液中產(chǎn)生氫氧化鎳沉淀，改善鎳的電極電位，其體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在33～55mL/L；配位劑L-B是一種鋅的配位劑，可改善結(jié)晶結(jié)構(gòu)和維持合金均勻，其體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在65～85mL/L。

（4）添加劑

添加劑T-A是主光亮劑，可提高陰極極化作用，使鍍層光亮、細(xì)致，其體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在3～10 mL/L；添加劑T-B是次光亮劑，可提高低區(qū)光亮度，增加鍍層的整平性及光澤，其體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在0.25～1.00mL/L。

（5）工藝條件的影響

溫度需精確地控制在26～30℃，較大的溫度變化會影響鎳的共沉積速率，提高溫度會使鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。陰極電流密度應(yīng)控制在1.5～3.0A/dm2，本工藝是堿性體系，故陰極電流密度對鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不大。

1.5 鈍化

（1）黑色鈍化

濃縮液120～180mL/L，硝酸40～60mL/L，pH值1.8～2.2，20～30℃，40～90s。

（2）彩色鈍化

濃縮液270～330mL/L，六價鉻6～8g/L，pH值1.7～2.1，35～40℃，30～50s。

（3）藍(lán)色鈍化

濃縮液120～180mL/L，酸液40～60mL/L，pH值4.0～4.4，20～30℃，30～90s。

1.6 性能測試

用VEGA2XMU型能譜儀對鍍層進(jìn)行成分分析。用掃描電鏡觀察鍍層的截面形貌。用88-7000型顯微硬度計測試鍍層的硬度。根據(jù)GB 6458-86，利用鹽霧實驗測試鍍層的耐蝕性，測試介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl溶液，pH值為6.5～7.0，鹽霧溫度為30℃，連續(xù)噴霧。

2 結(jié)果與討論

2.1 截面形貌與成分分析

圖1為鍍層的截面形貌。由圖1可知：鍍層厚度約為7.5μm，沿基體向上生長，呈柱狀結(jié)構(gòu)，分散比較均勻，與基體結(jié)合良好。對截面進(jìn)行元素線掃描，得到四種元素（Si，Zn，Ni，F(xiàn)e）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨鍍層深度的變化曲線，如圖2所示。由圖2可知：Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，說明電沉積Zn-Ni合金屬于異常共沉積。

圖1 鍍層的截面形貌

圖2 元素線分析

鍍層的EDS分析結(jié)果，如圖3所示。由圖3可知：鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.52%。Benballa M等［8］指出：鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%時，鍍層的耐蝕性最高。本工藝所得鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到該指標(biāo)。

圖3 EDS譜圖

2.2 硬度

硬度測試結(jié)果表明：Zn-Ni合金鍍層的硬度比鍍鋅層的提高了一倍多，具有較好的耐磨性，適用于一些高強(qiáng)度鋼鐵基體表面。

2.3 耐蝕性

鹽霧實驗結(jié)果，如表1所示。由表1可知：Zn-Ni合金鍍層的耐蝕性明顯高于鍍鋅層的；此外，Zn-Ni合金鍍層經(jīng)鈍化處理后，其耐蝕性進(jìn)一步提高，其中黑色鈍化的效果最佳。

表1 鹽霧實驗結(jié)果

3 結(jié)論

（1）采用堿性無氰鋅酸鹽鍍鋅工藝在45＃鋼表面電沉積Zn-Ni合金鍍層，所得鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.52%。

（2）鍍層呈柱狀結(jié)構(gòu)，結(jié)晶細(xì)致、均勻，外觀光亮、平整。

（3）鹽霧實驗結(jié)果表明：Zn-Ni合金鍍層經(jīng)鈍化處理后，其耐蝕性進(jìn)一步提高，其中黑色鈍化的效果最佳。

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A New Technology for Electrodepositing High Corrosion Resistance Zn-Ni Alloy

YANG Yang，SU Xun-jia，HOU Gen-liang，LI Ping
（Department of 501，The Second Artillery Engineering College，Xi’an 710025，China）

Zn-Ni alloy coating has a great potential in metal surface protection because of its higher corrosion resistance.For this reason，a new technology for electrodepositing high corrosion resistance Zn-Ni alloy has been developed，which has the virtues of low cost，simple operation，stable bath，easy coating passivation，etc.A Zn-Ni alloy coating was electrodeposited on the surface of 45＃steel and its cross section morphology，composition and corrosion resistance were tested.The results show that the coating thus obtained is bright and smooth，with fine and uniform crystals，of which the Ni mass fraction is 14.52%，and after passivated，its corrosion resistance is further improved，with the best effect in black passivation.

electrodeposition；Zn-Ni alloy；corrosion resistance；passivation

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0018-03

2011-05-14