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電鍍鋅鐵合金工藝及光亮劑的研究
張馥1，石磊2，張明曉2，張琦2，許峰源2，王光明2，扈寶國2，楊亞文2
( 1. 朝陽師范高等?？茖W校生化工程系，朝陽122000;2. 山東建筑大學材料科學與工程學院，濟南250101)
[摘要] 介紹了一種硫酸鹽電鍍鋅鐵合金工藝及新型光亮劑。研究了鍍液中FeSO4·7H2O 濃度、鋅鐵總離子濃度、光亮劑用量、陰極電流密度、pH 值、溫度等因素對鍍層含鐵量的影響。結(jié)果表明: 隨著鍍液中鋅鐵總離子濃度和溫度的升高，鍍層的含鐵量降低; 隨著陰極電流密度和pH 值的增大，鍍層的含鐵量先增加，后降低; 隨著FeSO4·7H2O 濃度的升高，鍍層的含鐵量增加。探討了新型光亮劑對鍍層的影響，獲得了最佳電鍍方案。
[關鍵詞] 電鍍; 硫酸鹽; 鋅鐵合金; 光亮劑
[中圖分類號]TQ153. 2 [文獻標識碼]A [文章編號]1001-3660( 2013) 04-0079-04
鋅鐵合金是近10 多年發(fā)展起來的一種新型防護性鍍層，具有極高的耐蝕性、較低的氫脆性、優(yōu)異的可焊性和機械加工性等，極具發(fā)展前景。鋅鐵合金隨含鐵量的增加，耐蝕性提高，含鐵量為10% ～ 20% ( 質(zhì)量分數(shù)，全文同) 時的耐蝕性最高。含鐵量10% ～ 20%的合金主要用于鋼鐵板材和帶材表面處理自動線[1];含微量鐵( 通常0. 2% ～ 0. 7%) 的合金多用在各種鋼鐵部件的表面精飾，經(jīng)過鈍化處理，特別是經(jīng)過黑色鈍化后，其耐蝕性可獲得很大提高，比同厚度的鋅鍍層約高3 倍。但是鋅鐵合金溶液的分散能力較其它鋅基溶液差，且鍍層結(jié)晶較粗。為改善鍍液性能，提高鍍層的致密性，人們引入了光亮劑。添加光亮劑后，鍍液和鍍層性能獲得很大改善，鍍層細致、光亮，且能在較大電流下實現(xiàn)快速鍍鋅鐵合金。
1· 實驗
1. 1 施鍍及光亮劑配制
采用40 mm×40 mm×0. 8 mm 的Q235 鋼片作為基體材料。施鍍工藝流程如下: 化學除油→水洗→超聲波脫脂→水洗→酸洗→水洗→電鍍鋅鐵合金→水洗→出光→水洗→烘干→鈍化處理。
鋅鐵合金鍍液配方及施鍍條件為: 硫酸鋅160 ～230 g /L，硫酸亞鐵1 ～ 10 g /L，硫酸鈉40 g /L，抗壞血酸0. 5 g /L，檸檬酸鈉15 g /L，硼酸30 g /L，光亮劑18～ 28 mL /L; 陰極電流密度0 ～ 4. 5 A/dm2，溫度15 ～ 45℃，pH 值2. 0 ～ 6. 5。光亮劑配方為: 苯甲酸鈉70 ～ 100 g /L，苯亞甲基丙酮20 ～ 30 g /L，陰離子表面活性劑300 ～ 400 g /L，煙酸3. 0 ～ 4. 8 g /L，NNO 擴散劑100 ～ 200 g /L。配制方法如下: 1) 將計算量的苯甲酸鈉倒入少量熱水( 80 ℃)中，攪拌使其充分溶解; 2) 將計算量的NNO 擴散劑倒入，攪拌使其充分溶解; 3) 分別將計算量的苯亞甲基丙酮和陰離子表面活性劑緩慢倒入，攪拌均勻; 4) 將計算量的煙酸加入，攪拌使其溶解; 5) 保持70 ℃左右，攪拌24 h 以上，再靜置24 h，過濾。所得硫酸鹽鍍鋅光亮劑為透明的深黃色液體[2]。以上所用試劑均為分析純。
1. 2 分析方法
采用日本電子公司的JSM-6380LA 型掃描電鏡觀察樣品表面形貌，并根據(jù)能譜分析圖得出鍍層含鐵量。用恒電位法測定鐵電極在各種鍍液中的陰極極化曲線，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑片，溫度為室溫。
2 ·結(jié)果與分析
2. 1 鍍液成分及工藝條件的影響
2. 1. 1 鋅鐵總離子濃度對鍍層含鐵量的影響
在合金電鍍中，鍍液中各金屬離子的濃度是影響合金成分的主要因素。從圖1 可以看出，鋅鐵總離子濃度對鍍層含鐵量的影響較大，當鍍液中的鋅鐵總離子濃度從0. 10 mol /L 上升到0. 20 mol /L 時，鍍層含鐵量由1. 48%下降到0. 84%，下降了約40%。
實驗中觀察到，當鍍液中鋅鐵總離子濃度較低時，所獲得的鍍層表面為灰白色; 隨著鍍液中鋅鐵總離子濃度增加，鍍層表面逐漸變?yōu)楣饬? 但鍍液中鋅鐵總離子濃度過高時，鍍層含鐵量降低，鍍層光亮度也隨之下降。從圖1 看，鍍液中鋅鐵總離子濃度在0. 13 ～ 0. 16mol /L 之間為宜。
2. 1. 2 FeSO4·7H2O 濃度對鍍層含鐵量的影響
FeSO4·7H2O 是鐵源，它在鍍液中的濃度對鍍層含鐵量的影響如圖2 所示。從圖2 可知，鍍層含鐵量隨鍍液中Fe2+ 濃度的增加而增大。這是因為鍍液中Fe2+濃度增大，必然導致陰極擴散層中Fe2+ 濃度升高，從而使鍍層中的含鐵量增加。
實驗中觀察到，當鍍液中鋅鐵總離子濃度較低時，所獲得的鍍層表面為灰白色; 隨著鍍液中鋅鐵總離子濃度增加，鍍層表面逐漸變?yōu)楣饬? 但鍍液中鋅鐵總離子濃度過高時，鍍層含鐵量降低，鍍層光亮度也隨之下降。從圖1 看，鍍液中鋅鐵總離子濃度在0. 13 ～ 0. 16mol /L 之間為宜。
2. 1. 2 FeSO4·7H2O 濃度對鍍層含鐵量的影響
FeSO4·7H2O 是鐵源，它在鍍液中的濃度對鍍層含鐵量的影響如圖2 所示。從圖2 可知，鍍層含鐵量隨鍍液中Fe2+ 濃度的增加而增大。這是因為鍍液中Fe2+濃度增大，必然導致陰極擴散層中Fe2+ 濃度升高，從而使鍍層中的含鐵量增加。
實驗中觀察到，當鍍液中鋅鐵總離子濃度較低時，所獲得的鍍層表面為灰白色; 隨著鍍液中鋅鐵總離子濃度增加，鍍層表面逐漸變?yōu)楣饬? 但鍍液中鋅鐵總離子濃度過高時，鍍層含鐵量降低，鍍層光亮度也隨之下降。從圖1 看，鍍液中鋅鐵總離子濃度在0. 13 ～ 0. 16mol /L 之間為宜。
