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酸性條件下，發(fā)生的電極反應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別為：
錫-鋅合金電鍍工藝于1915年問世，最早使用的配合物為氰化物，二戰(zhàn)期間錫酸鹽-氰化物電鍍工藝已得到了廣泛的應(yīng)用，自20世紀(jì)60年代中葉，受工藝可控性差和氰化物劇毒性等限制，錫-鋅合金電鍍工藝的應(yīng)用顯著減少。在20世紀(jì)80年代，非氰化物電鍍體系的應(yīng)用使錫-鋅合金電鍍重新成為研究熱點(diǎn)[19]，但由于電鍍槽液難以控制和維護(hù)，錫-鋅合金電鍍工藝的發(fā)展十分緩慢。近年來(lái)，在科研工作者的不斷努力下，錫-鋅系合金電鍍技術(shù)突破許多瓶頸，General Motors、Ford、Chrysler等汽車行業(yè)巨頭已采用錫-鋅合金電鍍層作為汽車鋼板的耐蝕性鍍層[13]，隨著Enthone France SAS(Cookson electronics group)的ZincrolyteTM Sn 0406及Dipsol Gumm Company的SZ-242/SZ-240等成品電鍍液[15，21]的問世，錫-鋅合金電鍍工藝已日趨成熟，并將廣泛應(yīng)用于電氣、汽車、航空、船舶、能源等領(lǐng)域[11，13，22]。科研工作者在研究鍍液配方(主鹽、絡(luò)合劑、添加劑等)和優(yōu)化工藝條件(pH值、陰極電流密度等)方面進(jìn)行了大量的工作，得到了如下幾種無(wú)氰環(huán)保電鍍體系：焦磷酸鹽體系、葡萄糖酸鹽體系、檸檬酸鹽體系、酒石酸鹽體系、混合鹽體系。下面對(duì)錫-鋅合金電鍍研究做一簡(jiǎn)要介紹。
2 錫-鋅合金電鍍液體系
2.1 焦磷酸鹽體系
Sn2+和Zn2+能與焦磷酸鹽在堿性條件下形成穩(wěn)定的配合物，焦磷酸亞錫配離子陰極反應(yīng)過(guò)電位高，能夠抑制Sn2+的析出，無(wú)需其他輔助配合物，即可共沉積得到鍍層，典型配方及工藝見表1中的配方1[11]。
專利US5618402[23]中，公開了一種焦磷酸鹽體系電鍍工藝(配方及施鍍條件見表1中的配方2)，在表1中指定的pH值、溫度、陽(yáng)極組成等施鍍條件下，可制備出半光亮錫-鋅合金鍍層，當(dāng)陰極電流密度分別為0.2A/dm2、1.5A/dm2和5.0A/dm2時(shí)，所獲得鍍層鋅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))依次為25.0%、8.9%和40.5%。
2.2 葡萄糖酸鹽體系
E.Guaus等[24]用恒電位沉積方法制備了錫-鋅合金鍍層，通過(guò)循環(huán)伏安曲線和陽(yáng)極溶解實(shí)驗(yàn)對(duì)錫-鋅合金的沉積過(guò)程進(jìn)行研究，其電鍍液成分由SnSO4、ZnSO4·7H2O、Na2SO4以及C6H11O7Na組成(配方及施鍍條件見表2)。循環(huán)伏安曲線分析表明，影響沉積過(guò)程的因素主要有溶液組成(包括SnSO4、ZnSO4和C6H11O7Na的含量)和攪拌速率。具體地，引入攪拌及增加ZnSO4含量與SnSO4含量的比值，都會(huì)提高鍍層鋅含量;增加C6H11O7Na與金屬陽(yáng)離子總濃度比值，析氫副反應(yīng)加劇，沉積效率下降。此外，他們運(yùn)用俄歇電子能譜分析了沿鍍層厚度方向的成分分布，譜圖結(jié)果表明自界面處沿鍍層外法線方向鋅含量呈逐漸降低趨勢(shì)。
Chi-Chang Hu等[25]通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究工藝參數(shù)對(duì)鍍層成分的影響，并制備出近共晶成分的錫-鋅合金鍍層，所采用鍍液的主要成分為SnCl4·H2O、ZnCl2以及Ca(C6H11O7)2·H2O，經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，得到了該體系下獲得近共晶成分錫-鋅合金鍍層的最優(yōu)條件：pH=5.0，金屬離子總濃度為0.2mol/L，鍍液溫度78℃，n[Sn4+]/n[Zn2+]=93/7，攪拌速度為10r/min。Chi-Chang Hu等[26]還通過(guò)開路電位-時(shí)間曲線、電化學(xué)阻抗譜和極化曲線等方法，研究了回流工藝對(duì)鋅含量為2%～13%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的錫-鋅合金鍍層腐蝕行為的影響，并運(yùn)用SEM、XRD分析了軟熔工藝前后的鍍層成分和形貌變化。鍍態(tài)樣品中，含鋅量為5%的鍍層耐蝕性最佳。軟熔處理后，盡管鍍層中金屬元素重新分配，但僅當(dāng)鋅含量為9%時(shí)鍍層的耐蝕性能得到了提升，其余不同組分鍍層的耐蝕性均有不同程度惡化。
2.3 檸檬酸鹽體系
專利US5618402[23]中，提到了一種檸檬酸鹽體系電鍍工藝，使用表3中的配方1，在表中指定的pH值、溫度、陽(yáng)極組成等施鍍條件下，可制備出半光亮錫-鋅合金鍍層，當(dāng)陰極電流密度分別為0.2A/dm2、1.5A/dm2和5.0A/dm2時(shí)，所獲得鍍層鋅含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))依次為19.3%、34.4%和38.2%。
Kwang-Lung Lin等[27]發(fā)現(xiàn)，采用直流電源施鍍時(shí)，錫和鋅沿鍍層厚度方向分布不均，靠近基體一側(cè)為富鋅層，而遠(yuǎn)離基體一側(cè)為富錫層，這種分層結(jié)構(gòu)勢(shì)必導(dǎo)致性能的不均勻。他們認(rèn)為，在該研究條件下，錫-鋅合金沉積屬異常共沉積，Zn2+優(yōu)先沉積導(dǎo)致溶液擴(kuò)散層中的Zn2+消耗，溶液本體中Zn2+向擴(kuò)散層中遷移不及時(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致鍍層成分不均勻。
