廖崇靜，王星，常紅，李建芬，周曉榮

    武漢工業(yè)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430023

    摘要:以硫酸亞鐵和氯化鋅為主鹽配制電鍍鋅-鐵合金溶液。運(yùn)用小槽試驗(yàn)和電化學(xué)測(cè)試，研究了胡椒醛對(duì)鍍層的外觀、組成、耐腐蝕性能以及微觀形貌的影響。結(jié)果表明，在θ為20℃，pH為4．5，Jκ為2．0A/dm2的條件下，胡椒醛的加入使得鍍層更加平整、致密，但質(zhì)量濃度高于0．2g/L，對(duì)改善鍍層的平整性作用不大。電化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在ρ(胡椒醛)為0．6g/L時(shí)，耐腐蝕能力比基礎(chǔ)鍍液所得鍍層的耐腐蝕能力明顯增強(qiáng)。胡椒醛對(duì)于改善鋅-鐵合金鍍層的表面微觀形貌作用不明顯，鍍層中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著胡椒醛的增加而降低，鍍層沉積速率也隨之減小，與理論分析結(jié)果一致。

    關(guān)鍵詞:電鍍;Zn-Fe合金;耐腐蝕性能;胡椒醛

    中圖分類號(hào):TQ153．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

    文章編號(hào):1001-3849(2011)05-0009-04

    引言

    近十年來(lái)，鋅合金的研究和應(yīng)用有異軍突起之勢(shì)，特別是鋅與鐵族金屬形成的二元合金。由于它們有良好的防護(hù)性、性價(jià)比、優(yōu)異的耐蝕性和低氫脆等特性，已經(jīng)成為優(yōu)良的代鎘鍍層。鋅-鐵合金的研究和應(yīng)用，在提高防護(hù)層質(zhì)量、減薄鍍層、節(jié)約金屬、減少污染和降低成本等方面都有重要意義，已成為防護(hù)性鍍層的發(fā)展方向。由于鋅-鐵合金鍍層的諸多優(yōu)良性能，因此有不少報(bào)道鋅-鐵合金電鍍工藝的文獻(xiàn)資料［1-6］以及鋅-鐵合金電鍍添加劑研究論文［7］，但鮮見芳香醛在鋅-鐵合金電鍍中的作用研究的報(bào)道。

    本研究的主要內(nèi)容是改變胡椒醛的質(zhì)量濃度，觀察鍍層的外觀，分析鍍層的組成，耐腐蝕性能和微觀形貌，及胡椒醛在鋅-鐵合金電鍍中的作用。

    1·實(shí)驗(yàn)部分

    1．1鍍液組成

    根據(jù)電鍍鋅-鐵合金工藝的前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果［4］，確定本研究的基礎(chǔ)鍍液組成:15g/LZnCl2，12．5g/LFeSO4·7H2O，160g/LKCl，10g/LH3BO3，8g/L檸檬酸鈉，1g/L抗壞血酸。所用試劑均為化學(xué)純。在100mL電鍍槽中進(jìn)行試驗(yàn)。

    1．2工藝流程

    電鍍鋅-鐵合金工藝流程為:化學(xué)除油→流水清洗→酸洗→流水清洗→弱腐蝕活化→流水清洗→電鍍→流水清洗→鈍化→清洗→吹干。

    1．3電鍍

    電鍍基體材料為2．5cm×4．0cm純銅片，背面絕緣單面鍍;陽(yáng)極為5cm×8cm純鋅板;Jκ為2．0A/dm2，電鍍t為15min。

    1．4鍍后處理

    為了提高Zn-Fe合金的抗蝕性能，對(duì)鍍層進(jìn)行鈍化處理。采用的是白色鈍化，鈍化液組成為:0．5～1mL/LHNO3，1～5g/LCrO3，0．5～1g/LBaCO3，θ為10～40℃，t為10s。

    1．5鍍層分析［5］

    1．5．1鍍層中鐵的測(cè)定

    Fe(Ⅱ)在pH=3～9的溶液中與鄰菲羅啉生成穩(wěn)定的橙紅色絡(luò)合物［(C12H8N2)3Fe］2+，鍍層中鐵的測(cè)定采用分析周期短、試樣消耗量小及顯色靈敏且穩(wěn)定的鄰菲羅啉分光光度法。儀器型號(hào)為721型分光光度計(jì)，尤尼柯儀器公司生產(chǎn)。

    分析時(shí)，取1cm2的電鍍?cè)嚻?，?mL10%稀硫酸溶解鍍層后，加入醋酸鈉，使溶液pH為5，定容至50mL。取1mL稀釋液，加入10%鹽酸羥胺溶液2mL，再加入0．5%鄰二氮菲溶液3mL，定容至10mL。顯色15min后，測(cè)定其吸光度，計(jì)算鍍層中鐵的質(zhì)量mFe。另取5mL稀釋液，加入50mL蒸餾水，1．0mol/L的氯化銨溶液5mL，加入紫脲酸胺指示劑，用0．1mol/L的標(biāo)準(zhǔn)EDTA溶液滴定，得鍍層中的鋅鐵總質(zhì)量m。鍍層中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按公式w(Fe)=(mFe/m)×100%計(jì)算。

    1．5．2鍍層外觀和微觀結(jié)構(gòu)分析

    外觀檢測(cè)采用目測(cè)或5倍放大鏡觀察。鍍層微觀結(jié)構(gòu)用日本HITACHI公司生產(chǎn)的S－3000N型掃描電子顯微鏡觀察測(cè)定。

    1．5．3鍍層耐腐蝕性測(cè)定

    采用德國(guó)ZAHNER公司的IM6/IM6e電化學(xué)工作站對(duì)鋅-鐵合金鍍層進(jìn)行極化曲線測(cè)試。測(cè)試溶液均為3．5%NaC1溶液，θ為25℃，工作電極用清漆密封，保留0．5cm2工作面積，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，掃描電勢(shì)范圍為－1．5V～－0．5V，掃描速度為10mV/s。

    2·結(jié)果與討論

    2．1胡椒醛對(duì)鋅-鐵合金鍍層沉積速率的影響

    胡椒醛的質(zhì)量濃度對(duì)鋅-鐵合金鍍層沉積速率的影響如圖1所示。

    從圖1可看出，隨著胡椒醛質(zhì)量濃度的增加，鍍層的沉積速率下降。溶液中ρ(胡椒醛)低于0．4g/L時(shí)，沉積速率下降的幅度較為明顯;ρ(胡椒醛)高于0．4g/L時(shí)，沉積速率下降較為緩慢。ρ(胡椒醛)從0．4g/L增大到1．0g/L，沉積速率僅下降了10g/m2·h?？赡苁怯捎诤啡┵|(zhì)量濃度的增加，吸附在陰極表面的分子數(shù)逐漸增多，增大電沉積的阻力，從而抑制鋅鐵的沉積，0．4g/L時(shí)吸附基本達(dá)到飽和，因此繼續(xù)增加胡椒醛質(zhì)量濃度，沉積速率變化不大。

    2．2胡椒醛對(duì)鋅-鐵合金鍍層中鐵的影響

    圖2是胡椒醛對(duì)鋅-鐵合金鍍層鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。從圖2可看出，溶液中胡椒醛質(zhì)量濃度的增加，鍍層中鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。當(dāng)ρ(胡椒醛)超過0．2g/L時(shí)，鍍層中w(Fe)降低到0．1%以下。繼續(xù)增大胡椒醛的質(zhì)量濃度，鍍層的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步下降，說(shuō)明胡椒醛對(duì)亞鐵離子在陰極的沉積過程有明顯的抑制作用。

    2．3胡椒醛對(duì)鋅-鐵合金鍍層耐腐蝕性的影響

    圖3為添加不同質(zhì)量濃度的胡椒醛所得的鋅-鐵合金鍍層鈍化后在3．5%NaCl溶液中的極化曲線。測(cè)得腐蝕電位、腐蝕電流密度列于表1。從圖3和表1可以看出，腐蝕電位隨著胡椒醛質(zhì)量濃度的增大而先正移后負(fù)移，腐蝕電流密度先減小后增加。說(shuō)明ρ(胡椒醛)＜0．6g/L時(shí)能起到增加鋅-鐵合金鍍層的耐腐蝕能力的作用，而ρ(胡椒醛)＞0．6g/L耐腐蝕能力下降。

    2．4胡椒醛對(duì)鋅-鐵合金鍍層外觀形貌的影響

    ρ(胡椒醛)對(duì)鋅-鐵合金鍍層外觀的影響列于表2，實(shí)驗(yàn)條件為θ=20℃，pH=5，Jκ=2．0A/dm2。從表2可知，ρ(胡椒醛)為0．2g/L時(shí)，鍍層外觀較無(wú)胡椒醛時(shí)致密。增大胡椒醛的質(zhì)量濃度，鍍層外觀變差，鍍層疏松甚至起皮。當(dāng)鍍液中的ρ(胡椒醛)增大到0．6g/L后，鍍層外觀平整但有裂紋。胡椒醛在水中的溶解度小，不如香草醛易溶于水，因此加入胡椒醛后，對(duì)鋅-鐵合金鍍層外觀沒有起到明顯的作用。

    2．5鋅-鐵合金鍍層表征

    圖4是含胡椒醛鍍液所得鋅-鐵合金鍍層鈍化后的掃描電子顯微鏡照片。從圖4可以看出，鍍層的微觀結(jié)構(gòu)隨著胡椒醛質(zhì)量濃度的改變而發(fā)生變化。沒有加入胡椒醛的鍍液中獲得的鋅-鐵合金鍍層［圖4(a)］呈現(xiàn)出雜亂堆積的結(jié)構(gòu)，由團(tuán)狀顆粒與片狀晶體構(gòu)成。鍍液中ρ(胡椒醛)為0．2g/L時(shí)，獲得的鋅-鐵合金鍍層的微觀結(jié)構(gòu)為團(tuán)狀顆粒的緊密堆積，只有少數(shù)顆粒不均勻。鍍液中ρ(胡椒醛)為0．4g/L時(shí)，鍍層出現(xiàn)了海綿狀的形貌;鍍液中ρ(胡椒醛)為0．6g/L時(shí)，鍍層為層狀堆積，片狀晶體有序組合，表面較為平整，基本沒有其他方向的層狀結(jié)構(gòu);當(dāng)鍍液中ρ(胡椒醛)大于0．6g/L后，鍍層的微觀晶粒出現(xiàn)了樹葉狀的結(jié)構(gòu)，變得疏松，局部出現(xiàn)片狀晶體在其它方向的堆積。從以上情況可看出，鍍液中加入胡椒醛后獲得的鋅-鐵合金鍍層微觀結(jié)構(gòu)顯示出了先變得平整，之后逐漸變得粗糙、疏松，出現(xiàn)裂紋。可見向鍍液中加入胡椒醛對(duì)于改善鋅-鐵合金鍍層的平整與致密性并沒有明顯的作用。

    3·結(jié)論

    通過以硫酸亞鐵與氯化鋅為主鹽的基礎(chǔ)鍍液，在θ為20℃，pH為4．5，Jκ為2．0A/dm2的條件下，胡椒醛對(duì)于改善鋅-鐵合金鍍層的表面微觀形貌作用不明顯，耐腐蝕能力隨著ρ(胡椒醛)的增加先增后減，在0．6g/L時(shí)最佳，比基礎(chǔ)鍍液所得鋅-鐵合金鍍層的耐腐蝕能力明顯增強(qiáng)。鍍層中w(Fe)隨著胡椒醛的增加而降低，鍍層沉積速率也隨之減小。

    參考文獻(xiàn)

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