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程,采用X-射線厚度和成分分析儀測量了鋅-鈷合金鍍層的厚度和鈷金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試驗表明,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
中圖分類號:TQ153.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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年代的試驗證明,雖然鋅-鈷合金的耐鹽霧試驗水平略低于鋅-鎳合金,但在實(shí)際使用過程中證明比鋅-鎳合金的耐腐蝕性能還要好。我國學(xué)者也對鋅-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。但是,對于氯化物體系的鋅-鈷合金的電化學(xué)過程,還有許多工作要做,特別是新型的添加劑對于鋅和鈷的還原過程的影響,還沒有得到深入的探討。本文采用循環(huán)伏安法對鋅-鈷合金的電沉積過程進(jìn)行初步的研究。
1·實(shí)驗部分
1.1 試樣準(zhǔn)備
試樣材料45鋼,規(guī)格為100mm×50mm×2mm的薄片,用400#水砂紙對平面及邊緣進(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 60~80g/L
氯化鉀 180~220g/L
硼酸 25~35g/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 試驗設(shè)備和試驗方法
1)采用上海麗榮公司的DDK10A/10V型霍爾槽試驗儀和267mL的標(biāo)準(zhǔn)霍爾槽進(jìn)行試驗。
2)采用上海辰華儀器公司生產(chǎn)的CHI604A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),對沒有加任何添加劑的基礎(chǔ)溶液和添加了開缸劑BZN930和光亮劑BZN928以及添加了鈷鹽的溶液分別測量循環(huán)伏安曲線,掃描速率為0.05V/s。
3)采用德國生產(chǎn)的FMC-X-PENT測厚和成分分析儀,測量采用上述工藝獲得的霍爾槽試片,厚度和鈷金屬的含量。
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2·試驗數(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從低電流密度區(qū)到高電流密度區(qū)的分布圖見圖1。從圖1可以看出在整個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,沒有添加加開缸劑930、光亮劑928和鈷添加劑BCO的時候,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開始產(chǎn)生析氫反應(yīng)。
2.4 基礎(chǔ)溶液加開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)的闡述完全一致。
2.5 基礎(chǔ)溶液加開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??梢娾捥砑觿┑募尤敫淖兞苏麄€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的突起,這里可能就是鈷的還原電位。
3·結(jié)論
通過上述分析,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?,能夠鍍出鋅-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。
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