邢樂紅 *，黎德育，李寧，崔術(shù)新

（1.牡丹江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157012；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

硫酸鹽鍍鋅體系主要應(yīng)用于鋼鐵的防腐蝕處理，它的優(yōu)點是高效環(huán)保，成本低、耐蝕性高且機械性能良好[1-3]。溫度是硫酸鹽鍍鋅工藝重要的參數(shù)之一，對電化學(xué)反應(yīng)活性、鍍液黏度、電導(dǎo)率、傳質(zhì)性能等影響很大[4-5]。目前研究硫酸鹽鍍鋅主要集中在優(yōu)化鍍液組成及調(diào)控操作條件上[6-8]，而溫度對鍍層明度、微觀形貌及耐蝕性的影響尚未得到細致研究。本文從體系電化學(xué)反應(yīng)活性和傳質(zhì)性能入手，通過物理表征和電化學(xué)測試研究了鍍層的明度、微觀結(jié)構(gòu)和耐蝕性，分析了溫度對鍍層性能的影響，獲得了結(jié)晶細致、平整的鍍鋅層。

1 實驗

1.1 前處理

選用10 cm × 5 cm 的低碳鋼板為基體，在燒杯中對其進行除油、水洗、酸洗等前處理后進行電鍍。除油液為5 g/L 的十二烷基磺酸鈉水溶液，酸洗液是質(zhì)量分數(shù)為5%的稀H2SO4。

1.2 硫酸鹽電鍍鋅

在方形塑料鍍槽中完成電鍍，采用鋅陽極，恒溫水浴。電鍍液的基本組成和工藝條件為：鋅離子(以硫酸鋅的形式加入)90 g/L，硫酸6 g/L，電流密度5 A/dm2，溫度30 ～ 70 °C，時間475 s。

1.3 性能表征

1.3.1 明度

因操作簡單，快速，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，明度法常用于表征硫酸鹽鍍鋅層的表觀質(zhì)量[1]。采用杭州輕通儀器有限公司XND-1 型白度測試儀測定鍍鋅層的明度，數(shù)值越大，則其表觀質(zhì)量越好。每個鍍鋅試片在對角線上不同位置隨機測5 個點，取平均值。相同的工藝條件下平行鍍3 個試片，取平均明度作為此工藝條件下的明度。

1.3.2 微觀形貌

利用上海儀器五廠4XC 型金相顯微鏡觀察鍍鋅層的微觀形貌。

1.3.3 耐蝕性

采用上海辰華CHI660 電化學(xué)工作站測定鍍鋅層(面積1 cm2)的Tafel 曲線，3.5%的NaCl 溶液為電解液，1 cm × 1 cm 的Pt 片為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，掃描速率為10 mV/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對鍍層表觀質(zhì)量的影響

溫度對鍍鋅層明度的影響如圖1 所示。隨溫度升高，鍍層的明度先升高后降低。鍍液溫度為50 °C 時，鍍層明度最高，性能最好。這主要是由于隨溫度升高，鍍液中離子擴散速率增大，濃差極化降低，有利于形成細小致密的結(jié)晶。但當溫度過高時，電化學(xué)極化明顯減弱，晶核形成速率小于結(jié)晶長大速率，造成結(jié)晶粗大。

圖1 溫度對鍍鋅層明度的影響Figure 1 Effect of temperature on brightness of electroplated zinc coating

2.2 溫度對鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同溫度下所得鍍鋅層放大800 倍的金相顯微照片如圖2 所示。由圖2 可知，50 °C 時所得鍍層結(jié)晶最為細致，這主要是因為當溫度較低時，鍍液中離子傳遞阻力較小，濃差極化降低，結(jié)晶細致；當溫度過高時，電化學(xué)極化顯著下降，不利于形成細小結(jié)晶，結(jié)晶粗大。所以溫度為50 °C 時，鍍層最為細致平滑，此時明度也最高，可見結(jié)晶較好的鍍層，明度也較高。

圖2 不同溫度下所得鍍層的微觀形貌Figure 2 Micromorphologies of zinc coatings electroplated at different temperatures

2.3 溫度對鍍層耐蝕性的影響

測試不同溫度下所得鍍鋅層的Tafel 曲線以比較其耐蝕性，結(jié)果見圖3，對應(yīng)的腐蝕電位φcorr和腐蝕電流密度jcorr列于表1。由圖3 及表1 可知，當溫度為50 °C 時，鍍層的腐蝕電流最小，腐蝕電位最負，耐蝕性最好。

圖3 不同溫度所得鍍鋅層在3.5% NaCl 溶液中的Tafel 曲線Figure 3 Tafel polarization curves for zinc coatings electroplated at different temperatures in 3.5% NaCl solution

表1 不同溫度所得鍍層在3.5% NaCl 溶液中的腐蝕參數(shù)Table 1 Corrosion parameters of zinc coatings electroplated at different temperatures in 3.5% NaCl solution

3 結(jié)論

溫度對鍍層性能影響較大。隨溫度升高，傳質(zhì)阻力降低，濃差極化減小，鍍層性能提高，當溫度過高時，電化學(xué)極化明顯降低，電化學(xué)反應(yīng)過快，不利于細小結(jié)晶形成，鍍層性能下降。當溫度為50 °C 時，獲得的鍍層性能最好。

[1] 李寧, 武剛, 黎德育, 等.采用明度法確定高速電鍍鋅工藝參數(shù)[J].材料科學(xué)與工藝, 2001, 9 (4): 420-423.

[2] XING L H, WANG Z B, DU C Y, et al.The Influence of anode diffusion layer on the performance of direct dimethyl ether fuel cell [J].International Journal of Energy Research, 2012, 36 (7): 886-890.

[3] XING L H, YIN G P, WANG Z B, et al.Investigation on the durability of direct dimethyl ether fuel cell.Part I: Anode degradation [J].Journal of Power Sources,2012, 198: 170-175.

[4] 周琦, 賀春林, 才慶魁, 等.鍍鋅鋼板在不同水溶液中的腐蝕行為[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報, 2005, 24 (4): 72-74.

[5] 章小鴿.鋅和鋅合金的腐蝕(一)[J].腐蝕與防護, 2006, 27 (1): 41-50.

[6] 朱曉東, 李寧, 黎德育, 等.高速鍍鋅工藝對鍍層粗糙度及織構(gòu)的影響[J].電鍍與環(huán)保, 2004, 24 (4): 14-16.

[7] 吳志良, 任玉苓, 武剛.高速電鍍鋅工藝試驗及其鍍層性能[J].寶鋼技術(shù), 2001 (1): 27-30.

[8] 黎德育, 李寧, 杜明華, 等.高速鍍鋅工藝對鍍層耐蝕性的影響[J].電鍍與環(huán)保, 2001, 21 (3): 8-11.