安成強(qiáng)， 安 愷， 張文靜， 博 煒

（1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110159；2.東北大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)110819；3.上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京210039）

0 前言

鍍錫板是兩面都鍍有純錫的低碳冷軋薄帶鋼［1-2］。電鍍錫薄鋼板通常是將冷軋薄帶鋼通過(guò)堿洗、酸洗、電鍍等工序處理而成的。帶鋼的酸洗工藝主要有化學(xué)酸洗和電解酸洗兩類(lèi)。電解酸洗因具有腐蝕能力強(qiáng)、速度快、清洗質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在電鍍錫機(jī)組中得到了廣泛的應(yīng)用［3］。電解酸洗時(shí)，工件既可以作為陽(yáng)極，也可以作為陰極，還可以陰陽(yáng)極交替酸洗。本實(shí)驗(yàn)主要研究了陰極酸洗、陽(yáng)極酸洗、陰陽(yáng)極交替酸洗對(duì)帶鋼及鍍錫層的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試樣的制備

將厚度3mm 的低碳冷軋薄板加工成50mm×50mm。先用脫脂劑洗去試樣表面殘留的油污，再用蒸餾水沖洗干凈后酸洗、電鍍錫。電解酸洗采用70g／L的H2SO4溶液，溫度35℃，電流1.0A，時(shí)間20s。將兩個(gè)鉛-錫合金分別作為電解陽(yáng)極、陰極，接通電源。分別將試樣進(jìn)行陰極酸洗、陽(yáng)極酸洗和陰陽(yáng)極交替酸洗。隨后將酸洗過(guò)的試樣進(jìn)行電鍍錫，溫度45℃，電流0.4A，時(shí)間30s。

1.2 酸洗效果的評(píng)價(jià)

（1）硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)

將配制好的硫酸銅溶液滴在酸洗過(guò)的原板上，記下試片變色的時(shí)間。在每個(gè)試片上滴3次，取平均值。

返銹試驗(yàn)：將酸洗過(guò)的原板放入5%的NaCl溶液中，10s后取出，與垂直線成45°角靠在燒杯壁上，觀察并記錄出現(xiàn)銹蝕點(diǎn)的時(shí)間。

（2）電化學(xué)測(cè)試

通過(guò)PARSTAT 2273型電化學(xué)工作站對(duì)原板進(jìn)行陽(yáng)極極化和陰極極化測(cè)試。采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極，工作電極為待測(cè)試樣，工作面積為1cm2。腐蝕介質(zhì)為3.5%的NaCl溶液。

（3）中性鹽霧試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備為DCTC1200P 型鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱。參照《鹽霧腐蝕試驗(yàn)方法》（GB／T 10125—1997）進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)。腐蝕介質(zhì)為5%的NaCl溶液，噴霧方式為連續(xù)噴霧。以樣品表面出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物的面積來(lái)評(píng)價(jià)鍍錫層的耐蝕性［4］。

（4）金相顯微鏡觀察

采用BM-53XA 型掃描電子顯微鏡觀察不同酸洗工藝所得鍍錫層的表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同酸洗工藝對(duì)原板的影響

2.1.1 耐蝕性

陰極酸洗、陽(yáng)極酸洗、陰陽(yáng)極交替酸洗的效果不同。首先，將試樣放入連接好的陽(yáng)極區(qū)酸洗20s，用蒸餾水洗凈、吹干后，備用。同樣，將試樣通過(guò)陰極區(qū)酸洗20s。最后，將試樣通過(guò)陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)各酸洗10s，取出、洗凈后吹干。通過(guò)硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)和返銹試驗(yàn)，研究不同酸洗方式對(duì)帶鋼表面氧化皮去除效果的影響。

表1 不同酸洗工藝對(duì)原板耐蝕性的影響

由表1可知：三種電解酸洗方式對(duì)于去除帶鋼表面氧化皮都有一定的作用。其中，陽(yáng)極酸洗的硫酸銅點(diǎn)滴時(shí)間、返銹時(shí)間大于陰極酸洗的；陰陽(yáng)極交替酸洗的硫酸銅點(diǎn)滴時(shí)間和返銹時(shí)間最短，說(shuō)明其去除帶鋼表面氧化皮的效果最好。

在試樣作為陽(yáng)極的電解過(guò)程中，氧氣可引起銹皮的物理剝離。但是，陽(yáng)極酸洗速率低，金屬容易過(guò)腐蝕。當(dāng)試樣作為陰極時(shí)，表面產(chǎn)生氫氣，氫氣的逸出也可加快酸洗速率。氫氣析出多而致密，故去除表面氧化皮的速率快，而且陰極產(chǎn)生的氫氣是陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣的兩倍，所以陰極電解的酸洗效果比陽(yáng)極電解的好。但是，在酸洗過(guò)程中新生態(tài)的氫容易進(jìn)入金屬材料的內(nèi)部，使材料發(fā)生氫脆。

陽(yáng)極酸洗時(shí)，雖然沒(méi)有滲氫，但金屬極易過(guò)腐蝕，且酸洗效果一般。陰極酸洗雖然可避免金屬的過(guò)腐蝕，但有滲氫的傾向。先陰極酸洗后陽(yáng)極酸洗的交替電解酸洗，可排除滲入的氫，也提高了帶鋼鍍錫生產(chǎn)的質(zhì)量［5］。

2.1.2 電化學(xué)測(cè)試

用電化學(xué)工作站分別測(cè)試試片在硫酸中的陽(yáng)極極化和陰極極化行為，結(jié)果如圖2所示。

圖2 試片的陽(yáng)極極化曲線和陰極極化曲線

在電解過(guò)程中主要的電解反應(yīng)如下：

借助于電解時(shí)產(chǎn)生的氫氣和氧氣，使試片表面的氧化物爆裂疏松。當(dāng)試片作為陽(yáng)極時(shí)，表面產(chǎn)生氧氣，氧化膜發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而溶解，從而起到消除氧化皮的作用。反應(yīng)式如下：

當(dāng)試片作為陰極時(shí)，試片表面發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣。正是由于這種原理，采用陰陽(yáng)極交替電解酸洗去除殘留氧化膜的效果最佳。

2.2 不同酸洗工藝對(duì)鍍錫層的影響

2.2.1 鍍錫層的金相形貌

分別將三種方式酸洗后的鍍錫層進(jìn)行金相顯微鏡測(cè)試，觀察鍍錫層的覆蓋情況。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同酸洗方式下所得鍍錫層的金相顯微鏡照片

鍍錫層的金相照片進(jìn)一步表明：陰陽(yáng)極交替酸洗后的鍍錫層覆蓋較完整，有少量凸起物氧化膜，且膜層較均勻、細(xì)致；陰極酸洗后的鍍錫層形貌優(yōu)于陽(yáng)極酸洗的；陽(yáng)極酸洗后鍍錫層覆蓋不完全，說(shuō)明其在一定條件下去除帶鋼表面氧化膜的效果稍差。

2.2.2 鍍錫層的鹽霧試驗(yàn)

表2為經(jīng)過(guò)不同酸洗方式后電鍍錫試樣在中性鹽霧試驗(yàn)中的銹蝕情況。經(jīng)過(guò)96h后，記錄鍍錫層的銹蝕面積。由表2可知：陰極酸洗后鍍錫層表面銹蝕面積小于陽(yáng)極酸洗后的。前處理采用陰陽(yáng)極交替酸洗后的鍍錫層出現(xiàn)銹蝕面積最小，說(shuō)明其耐蝕性最好。由此可知，鍍錫前處理采用陰陽(yáng)極交替酸洗可提高鍍錫層的表面質(zhì)量及耐蝕性，給生產(chǎn)帶來(lái)可觀的參考價(jià)值。

表2 中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

研究了前處理工藝中不同電解酸洗方式對(duì)帶鋼及鍍錫板耐蝕性的影響。結(jié)果表明：采用陰陽(yáng)極交替酸洗后，帶鋼表面氧化皮處理干凈，且電鍍得到的鍍錫板晶粒細(xì)化，鍍層更加致密，耐蝕性較好；陰極酸洗效果僅次與陰陽(yáng)極交替酸洗的，而陽(yáng)極酸洗的效果最差。綜合陰極和陽(yáng)極電解酸洗的優(yōu)點(diǎn)，有助于獲得較好的表面質(zhì)量。

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［4］高志強(qiáng)，衛(wèi)英慧.草酸鈉對(duì)鍍鋅層三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化的影響［J］.電鍍與涂飾，2012，31（3）：23-25.

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