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【簡(jiǎn)介】
王方剛
(北京青云航空儀表有限公司，北京100086)
摘要:采用循環(huán)伏安法研究了氯化物體系中鋅-鈷合金電鍍的電沉積過(guò)程，采用X-射線厚度和成分分析儀測(cè)量了鋅-鈷合金鍍層的厚度和鈷金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)表明，在氯化鉀鋅-鈷合金電鍍槽液可以電鍍鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．2%～0．4%的鋅-鈷合金，鈷添加劑的加入，能夠使氫的析出電位負(fù)移，擴(kuò)大了鋅-鈷合金沉積的電位區(qū)間范圍。
關(guān)鍵詞:鋅-鈷合金;電鍍;循環(huán)伏安法
中圖分類(lèi)號(hào):TQ153．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1001-3849(2011)06-0036-03
引言
鋅合金電鍍是航空工業(yè)重要的防護(hù)性功能鍍層，在航空航天和民用工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。鋅-鈷合金是鋅合金中具有較好抗腐蝕性能的鍍種，特別是鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．5%就能表現(xiàn)出杰出的抗腐蝕性能，相比鋅-鎳合金必須含有11%左右的鎳才具有良好的耐腐蝕性能，具有較低的合金成本和同樣明顯的耐腐蝕性能。歐盟上世紀(jì)90年代的試驗(yàn)證明，雖然鋅-鈷合金的耐鹽霧試驗(yàn)水平略低于鋅-鎳合金，但在實(shí)際使用過(guò)程中證明比鋅-鎳合金的耐腐蝕性能還要好［1，3-5］。我國(guó)學(xué)者也對(duì)鋅-鈷合金進(jìn)行了大量的研究，例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等單位都進(jìn)行了許多研究工作，發(fā)表了一些論文［2，6］。但是，對(duì)于氯化物體系的鋅-鈷合金的電化學(xué)過(guò)程，還有許多工作要做，特別是新型的添加劑對(duì)于鋅和鈷的還原過(guò)程的影響，還沒(méi)有得到深入的探討。本文采用循環(huán)伏安法對(duì)鋅-鈷合金的電沉積過(guò)程進(jìn)行初步的研究。
1·實(shí)驗(yàn)部分
1．1試樣準(zhǔn)備
試樣材料45鋼，規(guī)格為100 mm×50 mm×2mm的薄片，用400#水砂紙對(duì)平面及邊緣進(jìn)行打磨，使表面均勻、光亮。
1．2前處理及施鍍工藝
工藝流程如下:
200#航空汽油清洗→機(jī)械打磨→水洗→電化學(xué)除油→熱水洗→冷水洗→弱腐蝕→冷水洗→中和→冷水洗→鍍鋅-鈷合金→回收處理→冷水洗→一次鈍化→二次鈍化→冷水洗→冷水洗→壓縮空氣吹干→烘干。
試樣準(zhǔn)備好后，按照上述工藝流程進(jìn)行前處理，然后在鋅-鈷合金鍍液中進(jìn)行電鍍，獲得良好的鋅-鈷合金鍍層。
鋅-鈷合金鍍液的配方為:
氯化鋅 60～80 g/L
氯化鉀 180～220 g/L
硼酸 25～35 g/L
BZN928 0．5～1．0mL/L
BZN930 20mL/L
BCO908 20mL/L
pH 4．5～5．5
θ 15～50℃
Jκ 0．5～3．5A/dm2
BZN928是鋅-鈷合金光亮劑用于提高鍍層的光亮度，BZN930是開(kāi)缸劑用于提高鍍層的分散性能和深鍍能力，BCO908是鈷的絡(luò)合溶液用于增加鈷金屬的含量。
1．3試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法
1)采用上海麗榮公司的DDK 10A/10V型霍爾槽試驗(yàn)儀和267mL的標(biāo)準(zhǔn)霍爾槽進(jìn)行試驗(yàn)。
2)采用上海辰華儀器公司生產(chǎn)的CHI 604A型電化學(xué)分析儀(工作站)和三電極體系(雙鉑電極和甘汞電極)，對(duì)沒(méi)有加任何添加劑的基礎(chǔ)溶液和添加了開(kāi)缸劑BZN 930和光亮劑BZN 928以及添加了鈷鹽的溶液分別測(cè)量循環(huán)伏安曲線，掃描速率為0．05V/s。
3)采用德國(guó)生產(chǎn)的FMC-X-PENT測(cè)厚和成分分析儀，測(cè)量采用上述工藝獲得的霍爾槽試片，厚度和鈷金屬的含量。
2·試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析
2．1鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析
鋅-鈷合金電鍍霍爾槽試片的鈷金屬?gòu)牡碗娏髅芏葏^(qū)到高電流密度區(qū)的分布圖見(jiàn)圖1。從圖1可以看出在整個(gè)鍍層中都沉積了鈷金屬，而且鈷含量隨著電流密度的增大而增加。
2．2電鍍鋅-鈷合金霍爾槽試片的厚度分布
從圖2可以看出，鋅-鈷合金電鍍霍爾槽試片高電流密度區(qū)厚度為22μm，低電流密度區(qū)的厚度為2．98μm，兩者的比值為7．38，可以說(shuō)分散能力能夠滿足工藝要求。
2．3基礎(chǔ)溶液的循環(huán)伏安曲線
如圖3所示，基礎(chǔ)溶液作相應(yīng)的循環(huán)伏安曲線掃描，沒(méi)有添加加開(kāi)缸劑930、光亮劑928和鈷添加劑BCO的時(shí)候，基礎(chǔ)溶液的循環(huán)伏安曲線是典型的馬鞍型，鋅的還原電位(Zn2+還原為Zn的電位)在－1．1V，最高的電流的電位在－1．5V，－1．65V開(kāi)始產(chǎn)生析氫反應(yīng)。
2．4基礎(chǔ)溶液加開(kāi)缸劑和光亮劑后的循環(huán)伏安曲線
如圖4所示，加入了酸性鍍鋅的開(kāi)缸劑930和光亮劑928后，可以明顯的看到產(chǎn)生了極化現(xiàn)象，鋅的還原電位從－1．1伏極化到－1．4伏，極化幅度達(dá)到300毫伏，氫的析出電位也降低到－1．85伏左右。極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，導(dǎo)致結(jié)晶細(xì)致，表面光亮。與參考文獻(xiàn)［7］的闡述完全一致。
2．5基礎(chǔ)溶液加開(kāi)缸劑和光亮劑再加鈷添加劑后的循環(huán)伏安曲線
如圖5所示，可以看出，鋅的還原電位提高到－1．2V，鋅的最大還原電流在－1．6V，但氫的析出電位負(fù)移到－2．0V以后。可見(jiàn)鈷添加劑的加入改變了整個(gè)溶液的鋅和氫的還原電位，在－1．8V左右，可以看到曲線有一個(gè)的突起，這里可能就是鈷的還原電位。
3·結(jié)論
通過(guò)上述分析，得出以下結(jié)論:
1)采用氯化鉀體系的酸性鍍鋅體系加入適當(dāng)?shù)奶砑觿軌蝈兂鲣\-鈷合金鍍層。
2)氯化鉀體系的鋅-鈷合金鍍層的鈷在0．2%～0．4%之間。
3)氯化鉀體系的添加劑，使鋅的還原電位負(fù)移，從而產(chǎn)生極化，導(dǎo)致結(jié)晶細(xì)致，產(chǎn)生光亮作用。
4)鈷添加劑的加入降低了氫的析出電位，增加了鋅-鈷合金沉積的電位區(qū)間。
參考文獻(xiàn)
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