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电沉积Zn-Fe-SiO_2复合镀层的工艺及机理研究

范云鹰  
【摘要】: 本文研究了电沉积Zn-Fe-SiO_2复合镀层的工艺和机理,主要包括以下几个方面: 绘制了Zn-H-2O系和Pe-H_2O系的电位-pH图,并对其进行了热力学分析,结果表明,锌和铁发生共沉积的区域很大,这就对电沉积Zn-Fe合金的可能性提供了理论依据,但是锌和铁的平衡电位差别较大,所以,必须在镀液中添入一定量的配合剂才能使锌铁产生共沉积。 确定了Zn-Fe-SiO_2复合镀层的电沉积工艺,其工艺条件为:FeSO_4·7H_2O120~200g/L、ZnSO_4·7H_2O 30~70g/L、(NH_4)_2SO_4 80~120g/L、C_6H_8O_7·H_2O30~50g/L、H_3BO_3 30g/L、抗坏血酸1g/L、SiO_2 20~60g/L、添加剂适量、pH值2~4、施镀时间60min、电流密度Dk 4~8A/dm~2、镀液温度15~25℃、搅拌速度200rpm。 电沉积Zn-Fe-SiO_2复合镀层的工艺研究表明,通过采用不同的工艺条件,可以获得成分不同的复合镀层。主盐浓度是影响Zn-Fe-SiO_2复合镀层铁含量最主要的因素,FeSO_4·7H_2O的添加有利于提高镀层铁含量,而ZnSO_4·7H_2O的添加有利于降低铁含量。导电盐(NH_4)_2SO_4的添加有利于提高镀层的铁含量,配合剂C_6H_8O_7·H_2O的添加有利于降低镀层的铁含量,但它们的影响比较小。温度对镀层铁含量的影响比较小,而且没有规律性。镀液pH值上升,可以导致镀层铁含量下降,但有利于提高SiO_2含量。电流密度对镀层成分的影响很大,铁含量在电流密度为6A/dm~2时最低,而SiO_2含量在电流密度为6A/dm~2时最高。SiO_2的添加在一定限度内有利于提高镀层的SiO_2含量,但基本上不影响锌铁的含量。 研究了Zn-Fe-SiO_2复合镀层(Pe 7.20~12.09%、SiO_2 0.40~0.51%)的耐蚀性,结果表明,Zn-Fe-SiO_2复合镀层无需钝化即具有较高的耐蚀性。在稀HC1溶液中,该复合镀层的耐蚀性与,Zn-Fe合金镀层相当,其耐蚀性的好坏主要决定于镀层中的铁含量,铁含量越大,镀层的耐蚀性就越好,在所掺杂含量的范围内,SiO_2的含量对镀层耐蚀性的影响不大;在5%NaCl溶液中,Zn-Fe-SiO_2复合镀层的耐蚀性要好于Zn-Fe合金镀层,大约为Zn-Fe合金镀层的1.5~4倍,更远远好于Zn镀层,大约为Zn镀层的3~20倍,并且Zn-Fe-SiO_2复合镀层的耐蚀性会随着铁含量的增大而降低,随着SiO_2含量的增大而提高。 昆明理工大学硕士学位论文摘要 首次提出了微双电层的概念,并从510:微粒表面微双电层、界面场强、 阴极极化等方面对510:微粒与Zn一Fe合金的共沉积过程进行了机理研究。结 果表明,510:微粒在镀液中可以吸附一定量的阳离子而显正电,这有利于它输 送到并吸附在阴极上与基质金属共沉积;界面场强对复合电沉积的影响较大, 这种影响可以通过电流密度对复合镀层中微粒含量的影响体现;Zn一Fe合金共 沉积时,Zn的存在使得Fe的沉积电位负移,Fe的存在使得Zn的沉积电位正 移,而且本来电位较负的Zn首先沉积,因此Zn一Fe合金共沉积属于异常共沉 积;5102微粒的加入对Zn一Fe合金共沉积的阴极电化学行为影响不大。


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