堿性鋅酸鹽鋅鎳合金電鍍工藝與機(jī)理.研究

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1、南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論第一章緒論在表面處理技術(shù)中，電鍍是最有效的方法之一，以往依靠單金屬電鍍的方法，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對金屬防護(hù)要求。而合金鍍層具有較優(yōu)防護(hù)性能，合金鍍層是指含有兩種或兩種以上金屬的鍍層。合金電鍍是利用電化學(xué)方法使兩種或兩種以[1]上金屬（包括非金屬）共沉積的過程。鋅鍍層作為鋼鐵的防護(hù)性鍍層，幾乎占全部電鍍產(chǎn)品的1/3~1/2，目前這種鍍層的抗腐蝕性能還不能達(dá)到工業(yè)上的要求。近年來，對于抗腐蝕性鍍層的研究，主要集中在開發(fā)高耐蝕性能的合金鍍層上，其中鋅基合金鍍層是研究得最多的合金鍍層之一，包括Zn-Ni、Zn-Co、Zn-Fe、Zn-Mn、Zn-Ti等，這些合金

2、比通常使用的鋅鍍層具有更優(yōu)良的防護(hù)性能。其中Zn-Ni合金鍍層的綜合性能最佳，具有高耐蝕性(含鎳10-15wt.%的Zn-Ni合金層的耐腐蝕性是純鋅鍍層的3-6倍)、可焊[2-6]接性、可機(jī)械加工等優(yōu)良性能。鋅鎳合金電鍍技術(shù)在國外已經(jīng)投入到實(shí)際應(yīng)用，主要應(yīng)用在航空航天、汽車工業(yè)和機(jī)械電子產(chǎn)品中。目前國內(nèi)生產(chǎn)線上的鋅鎳合金電鍍?nèi)芤褐饕强繃膺M(jìn)口，為了提高鋅鎳合金電鍍工藝的國產(chǎn)化，故對鋅鎳合金工藝進(jìn)行研究。通過本課題的研究，進(jìn)一步了解鋅-鎳合金鍍層的共沉積類型，研究Zn-Ni合金鍍層電化學(xué)共沉積理論及依據(jù)，同時(shí)對鍍層性能進(jìn)行評定與研究，對鋅鎳合金鍍層的工藝參數(shù)制定和推廣使用具有重要的指導(dǎo)

3、意義。1.1合金電鍍概述1.1.1合金電鍍的發(fā)展合金鍍層起源于1835~1845年之間，最早的合金鍍層是金、銀等貴金屬合金[7]以及Cu-Zn合金（黃銅）。Ruolz在氰化亞銅和錫酸鹽為電鍍液中，得到黃銅和青銅。1916~1929年間有人研究了電鍍合金的電沉積電位及工藝條件對電沉積合金組成的影響，并用顯微鏡觀察了電沉積的組成結(jié)構(gòu)?？蒲腥藛T用x射線發(fā)現(xiàn)[1]電沉積得到的合金鍍層結(jié)構(gòu)與熱熔法得到的合金結(jié)構(gòu)相類似。自1930年以后，加快了合金電鍍的發(fā)展速度，一個(gè)重要的進(jìn)展即電鍍光亮鎳鈷合金被開發(fā)，并在工業(yè)生產(chǎn)上得到了應(yīng)用。1950年，美國Brenner等人系統(tǒng)的研究了鐵族金屬與鎢、[8]磷生

4、成的合金。從六十年代起人們對合金的形成原理及金相結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行系統(tǒng)1南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論的探討，1956年Ramachar等人對焦磷酸鹽體系作了較詳細(xì)的研究，闡述了鍍層性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。1962年Brenner出版了《Electrodepositionofalloys,principlesandpractice》一書，他總結(jié)了合金研究成果，全面的介紹了電鍍[8]合金的原理與工藝。Krohn等發(fā)表的文章Electrodepositionofalloys總結(jié)了電鍍[9]二元合金及其應(yīng)用.Sivakumar等撰寫的Electrodepositionofternaryalloy

5、s文章總結(jié)電鍍?nèi)辖鸬倪M(jìn)展。此后，各種關(guān)于合金電鍍原理、工藝和性能的書相繼[10]面市。1970年開始，日本和其他一些國家系統(tǒng)研究了鋼基體電鍍鋅鎳合金工藝。[11]Sriwastava等較詳盡的闡述了電鍍二元合金的發(fā)展。1980年倉知三夫等的綜述文章合金電鍍對電鍍與金屬學(xué)的關(guān)系、與電極電位的關(guān)系等作了有價(jià)值的探討，[12]推動(dòng)了電鍍合金的迅速發(fā)展。20世紀(jì)90年代后，合金電鍍有了蓬勃的發(fā)展，各種合金電鍍技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中。在鋅合金電鍍中，開發(fā)出了Zn-Ni、Zn-Co、Zn-Fe、Zn-Cr等鍍種，與此同時(shí)，各國的研究者對合金共沉積機(jī)理及鍍層耐蝕性機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。1.1.2合金電

6、鍍共沉積理論對于單金屬來說，其沉積電位等于它的平衡電位與過電位之和，可表示為：?=+???（1-1）析平0?=+?α（RT/nF）ln+??（1-2）析式中，?-----沉積電位（或稱析出電位）（V）；?-----平衡電極電位（V）；析平??-----金屬離子在陰極上放電的過電位（V）；α-----金屬離子的活度。[7]根據(jù)二元合金共沉積的基本條件，要使兩種金屬中都能從其鹽的水溶液中沉積出來。它們的沉積電位必須十分接近。相差太大的話，電位較正的金屬優(yōu)先沉積，甚至完全排斥電位較負(fù)金屬析出。0?=+???=+?（RT/nF）ln+α??（1-3）析平?=?（1-4）析1析200即?++(/

7、)RTnFlnα???=++(/)RTnFlnα??（1-5）11112222式（1-5）表明，兩種金屬在同一陰極電位下共沉積，要使他們的析出電位相互的接近。通常所采取的方法是在電鍍中加入適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑，使金屬離子的析出電位相接近而共沉積，這是非常有效的方法。它不僅使金屬例子的平衡電位向負(fù)方向移動(dòng)，還能增加陰極極化。如何選用絡(luò)合劑，這需要根據(jù)絡(luò)合劑和沉積金屬的性質(zhì)而定，這方面大致可分為三種情況：一是采用同一種絡(luò)合劑同時(shí)與兩種金屬離子形成絡(luò)合物。二