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【簡(jiǎn)介】
(河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院,天津300132)
摘要：通過(guò)塔菲爾曲線的測(cè)量，研究了高密度電流(300A/dm2)下鍍層的耐蝕性。結(jié)果表明：采用高電流密度進(jìn)行電鍍，其電鍍層的腐蝕電位隨電流密度的增大而提高(最高可達(dá)-0.845V)，腐蝕速率降低，耐蝕性增強(qiáng)；并且分析了高電流密度對(duì)鍍層微觀形貌的影響。
關(guān)鍵詞：高電流密度；耐蝕性；塔菲爾曲線；微觀形貌
中圖分類號(hào)：TG174.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-3814(2010)14-0125-02
電鍍鋅是鋼鐵廣泛應(yīng)用的防腐蝕技術(shù)，防護(hù)性能較好，價(jià)格低廉，操作方便，電鍍過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，鍍鋅鋼板作為耐蝕鋼板的需要量越來(lái)越大，其鋅的附著量一般為30～50g/m2。對(duì)于鍍鋅鋼板，最重要的就是獲得外觀合格的鍍層以及良好的耐蝕性。
高速電鍍是指采用比一般的靜態(tài)浸鍍方式大10倍以上的電流密度進(jìn)行電鍍，其最大的特點(diǎn)是高電流密度(J)，即高的極限電流密度。高速電鍍的生產(chǎn)效率高、成本低、環(huán)境污染小、自動(dòng)化程度高，在電鍍鋅工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，特別是板材與線材等產(chǎn)品。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高速電鍍鋅的工藝條件和影響因素都做了一定的研究。在高速電鍍鋅中,鍍液的流速、陽(yáng)極的選擇、雜質(zhì)以及不同種類的添加劑等都對(duì)鍍層的質(zhì)量有著十分重要的影響。
1·實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)用主要設(shè)備有：SR-5B整流器電源；FEI-XL30型電子掃描顯微鏡，4XC型金相顯微鏡(上海光學(xué)儀器廠)；電化學(xué)工作站驗(yàn)(美國(guó)Gamry儀器公司PCI4/750型)；精密天平。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
高速電鍍鋅的鍍液組成(g·L-1)為：250～400ZnSO4，15～25檸檬酸，1～3EDTA，2～3光亮劑A，0.2～0.6硫脲，1～3聚乙二醇，10～30氯化銨。工藝流程為：砂紙打磨→機(jī)械拋光→酸洗→水洗→活化→電鍍→吹干。
按鍍液組成配置好鍍液，在相同實(shí)驗(yàn)條件下逐漸增大電流密度，研究不同電流密度下鍍層的性能。然后將得到的試樣在掃描電鏡下進(jìn)行分析，并通過(guò)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試其耐蝕性。將得到的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出其最佳工藝并研究高電流密度對(duì)鍍層耐蝕性能的影響。
2·實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 電流密度對(duì)鍍層耐蝕性的影響
為了考察電流密度對(duì)高速鍍鋅層耐蝕性的影響，測(cè)量了在鋅鍍層外觀合格條件下不同電流密度的塔菲爾(Taffel)曲線，如圖1所示。
并通過(guò)EchemAnalyst軟件進(jìn)行Tafel擬合得到各組腐蝕數(shù)據(jù)。結(jié)果如表1所示。
因?yàn)殇\的電位比鐵的電位更負(fù)，所以鍍鋅板的腐蝕是靠鋅的犧牲性溶解來(lái)保護(hù)鋼板的。觀察圖1的塔菲爾曲線可以得出，隨電流密度的提高，鍍層的腐蝕電位升高，耐蝕性增強(qiáng)。當(dāng)電流密度為280A/dm2時(shí)腐蝕電位達(dá)到最高-0.845V，自腐蝕電流密度降至最低2.593μA/cm2；當(dāng)電流密度超過(guò)280A/dm2，腐蝕電位反而降低。這是因?yàn)楫?dāng)電流密度增大到一定程度時(shí)，鍍層析氫嚴(yán)重，從而影響了鍍層的耐蝕性。所以為提高鍍鋅板的耐蝕性應(yīng)將電流密度控制在240～280A/dm2。
2.2 電流密度對(duì)鍍層形貌的影響
對(duì)比圖2(a)、(b)和(c)可看出，隨電流密度的增加，鍍層厚度均呈上升趨勢(shì)，且組織細(xì)密、平整。當(dāng)電流密度小于340A/dm2時(shí)，隨電流密度的增加，鍍層的晶粒變小，組織細(xì)密，平整性好，鍍層厚度也隨之相應(yīng)提高。這是因?yàn)楫?dāng)電流密度小于340A/dm2時(shí)，隨電流密度的增大，陰極極化作用增大，形成晶核的形成功減小，從而導(dǎo)致出現(xiàn)晶核的幾率增大，晶核的生成速度大于生長(zhǎng)速度，則生成的晶粒多而小，組織細(xì)密。整平劑是通過(guò)到達(dá)陰極表面的速度不同，以及在表面凸凹兩處吸附厚度不同而達(dá)到整平的目的。電流密度升高時(shí)，在表面波峰處吸附的整平劑較波谷處多，導(dǎo)致金屬離子放電較為困難，沉積的金屬就少些，而波谷處沉積較多，起到整平作用。而當(dāng)電流密度大于340A/dm2時(shí)，鍍鋅層表面開(kāi)始出現(xiàn)氣泡甚至有燒焦的現(xiàn)象。在鍍件上陰極電流密度較大的地方，特別是邊角、四周，電流效率特別低，析氫嚴(yán)重，H+還原為氫氣，結(jié)果使陰極表面這些部位OH-相應(yīng)增加，即pH值升高，從而引起金屬氧化物和氫氧化物在陰極表面與金屬離子共沉積，造成疏松多孔的鍍層。而且電流密度過(guò)大使得離子擴(kuò)散變得困難，結(jié)晶粗大，供應(yīng)給陰極表面的整平劑會(huì)減少，其吸附作用降低，因而整平性能下降。同時(shí)過(guò)高的電流密度會(huì)使光亮劑失去作用，鍍液分散能力下降，鍍層厚度更不均勻。以上這些因素都導(dǎo)致鍍層質(zhì)量下降。由此可見(jiàn)，要想獲得質(zhì)量高的鍍層，必須把電流密度控制在一定范圍內(nèi)。
3·結(jié)論
(1)采用本文的鍍液配方在鋼板表面進(jìn)行高速電鍍鋅，當(dāng)施鍍電流密度為200～300A/dm2時(shí)，鍍層在w(NaCl)=5%電解液中的自腐蝕電流密度呈先降低后升高的趨勢(shì)，施鍍電流密度為280A/dm2時(shí)，自腐蝕電流密度達(dá)到最小值2.593μA/cm2，即腐蝕速度達(dá)到最小值1.185m/y。
(2)通過(guò)觀察鍍層微觀組織形貌，發(fā)現(xiàn)施鍍電流密度為260A/dm2時(shí)得到的鍍層表面平整，組織細(xì)密，晶粒細(xì)小。
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