Zn-Ni、Zn-Ni-P合金电镀工艺及其基础理论研究

【摘要】： 传统的镀锌层，是防止钢铁腐蚀的应用最广泛最经济的措施。随着现代工业和科学技 术的飞速发展，传统的镀锌层已不能满足要求。为此，人们采取了一系列措施，其中最有 效的方法之一就是电镀锌基合金。具有耐蚀性高、延展性好、低氢脆、内应力小等优点的 锌基合金镀层必将替代锌镀层、铬镀层和镉镀层，在汽车、造船、航空、建筑、交通设施 和电子工业中得到广泛应用。在中国，锌基合金电镀技术尚处在研究开发阶段。因此，本 文研究了弱酸性氯化物体系中Zn-Ni、Zn-Ni-P合金电镀工艺及其基础理论，以期缩短我国 锌基合金电镀与世界水平间的差距。 本文采用浓硫酸对乳化剂OP-10进行硫酸化改性，确定了硫酸化工艺的最佳条件。 以改性后的OP为载体光亮剂，复配适量的主光亮剂和辅助光亮剂，得到了浊点高、光 亮电流密度区域宽的锌镍合金电镀添加剂。 研究了微酸性氯化物体系中电镀光亮Zn-Ni合金镀层和弱酸性简单氯化物体系中电镀 Zn-Ni-P合金镀层的工艺，探讨了镀液各组分及工艺条件对合金镀层中Ni及磷含量的影响， 得到了电镀Zn-Ni及Zn-Ni-P合金镀层的最佳镀液组成及工艺条件。分别考察了含镍13％ 的Zn-Ni及合镍15％、含磷0.9％的Zn-Ni-P合金镀层在5％NaCl溶液（30℃）中的耐蚀性 能，它们的寿命是经过白色钝化同等厚度（8μm）的纯锌镀层的6～8倍。 采用非银盐、铜盐发黑剂，系统研究了锌镍合金镀层的黑色钝化工艺，并将磷化工艺 结合进钝化中，得到了厚膜型钝化膜。经该黑色钝化工艺钝化的锌镍合金的耐腐蚀寿命是 纯锌镀层的8～9倍。 采用线性电势扫描法研究Zn-Ni合金共沉积和Zn-Ni-P合金共沉积的电化学行为，讨 论了镀液组成及温度对镀层耐蚀性的影响，发现了Zn-Ni-P合金电镀过程中Ni与P之间存 在着协同效应。 用交流阻抗法研究了锌镍合金的腐蚀机理，并结合能带理论的费米能级概念和量子电 化学理论，阐述了锌镍合金具有优异耐蚀性的根本原因。 利用各种电化学研究手段研究了Zn-Ni-P合金镀层中P的阴极析出机理，推导出P还 原的反应动力学方程，求得各动力学参数，并运用该析出机理解释合金沉积过程中产生的 镍与磷之间的协同效应。