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电沉积Zn-Fe-SiO_2复合镀层工艺、机理及应用研究

范云鹰  
【摘要】:金属的腐蚀给人类带来巨大的经济损失和社会危害。目前镀锌广泛用于钢铁零件的防护,但是镀锌存在耐蚀性低、氢脆高、钝化工序毒性大等不足。国内外对Zn-Fe合金镀层的研究表明:低铁Zn-Fe合金镀层(Fe%wt1%)耐蚀性较高,但是镀层需要钝化;高铁Zn-Fe合金镀层(Fe%wt1%)无需钝化,但镀层的耐蚀性不是很理想。 为了开发出镀层性能优良、清洁无污染的电沉积技术,本课题自主开发了Zn-Fe-SiO_2复合镀层的电沉积制备工艺,并对该技术系统地进行了小试,扩大试验及中试研究,深入探讨了Zn-Fe-SiO_2复合镀层的沉积机理和腐蚀机理,客观地分析了该技术的应用前景,主要包括以下内容: 硫酸盐体系可制备高铁含量的Zn-Fe-SiO_2复合镀层,镀层Fe含量为2~3%,SiO_2含量为0.4~0.6%,镀液组成及操作条件为:FeSO_4·7H_2O 20~40g/L;ZnSO_4·7H_2O 40~60g/L;(NH_4)_2SO_4 50~70g/L;C_6H_8O_7·H_2O 20~40g/L;Al_2(SO_4)_3·12H_2O 6~9g/L;SiO_220~40g/L;抗坏血酸2~3g/L;光亮剂ZFS-1 2~4ml/L;促进剂ZFS-2 15~20ml/L;添加剂ZFS-3 4~8ml/L;pH.值 2.4~2.8;电流密度 2~3A/dm~2;温度 15~35℃。该工艺主盐、pH值、温度、电流密度对镀层成分、外观和耐蚀性影响都很大;配合剂、缓冲剂对镀层成分、外观和耐蚀性影响都不大,但是浓度不能过低;导电盐、添加剂ZFS-3对镀层成分影响较小,对外观和耐蚀性影响较大:微粒浓度、促进剂ZFS-2对镀层SiO_2含量和耐蚀性影响较大,但对镀层铁含量和外观基本没有影响;光亮剂ZFS-1对镀层成分和耐蚀性影响较小,对外观影响很大;稳定剂对镀层SiO_2含量影响小,但对镀层铁含量、外观和耐蚀性影响较大。 氯化物体系可制备低铁含量的Zn-Fe-SiO_2复合镀层,镀层Fe含量为0.2~0.8%,SiO_2含量为0.4~0.6%,镀液组成及操作条件为:FeSO_4·7H_2O 6~10g/L;ZnCl_2 80~100g/L;KCl 200~230g/L;SiO_2 1~3g/L;抗坏血酸 0.8~1.2g/L;光亮剂ZFS-1 8~12ml/L;促进剂ZFS-2 8~10ml/L;添加剂ZFS-3 15~25ml/L;pH值 3.5~505;电流密度 1~2A/dm~2;温度 15~35℃。该工艺主盐、镀液pH值、电流密度、温度对镀层成分、外观和耐蚀性影响都很大;添加剂ZFS-3对镀层成分影响较小,对外观和耐蚀性影响较大;稳定剂对镀层SiO_2含量和耐蚀性影响小,但对镀层铁含量和外观影响较大;促进剂ZFS-2对镀层Fe含量和外观影响都不大,但对镀层SiO_2含量和镀层性能影响较大;微粒浓度对镀层铁含量影响小,但对镀层SiO_2含量、外观和耐蚀性影响较大;导电盐和光亮剂ZFS-1对镀层成分和耐蚀性影响较小,对外观影响很大。


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