循环伏安法研究锌-钴合金的电沉积过程

王方刚

(北京青云航空仪表有限公司，北京 100086)

循环伏安法研究锌-钴合金的电沉积过程

王方刚

(北京青云航空仪表有限公司，北京 100086)

采用循环伏安法研究了氯化物体系中锌-钴合金电镀的电沉积过程，采用X-射线厚度和成分分析仪测量了锌-钴合金镀层的厚度和钴金属质量分数。试验表明，在氯化钾锌-钴合金电镀槽液可以电镀钴质量分数为0.2%～0.4%的锌-钴合金，钴添加剂的加入，能够使氢的析出电位负移，扩大了锌-钴合金沉积的电位区间范围。

锌-钴合金;电镀;循环伏安法

引 言

锌合金电镀是航空工业重要的防护性功能镀层，在航空航天和民用工业上得到了广泛的应用。锌-钴合金是锌合金中具有较好抗腐蚀性能的镀种，特别是钴的质量分数为0.5%就能表现出杰出的抗腐蚀性能，相比锌-镍合金必须含有11%左右的镍才具有良好的耐腐蚀性能，具有较低的合金成本和同样明显的耐腐蚀性能。欧盟上世纪90年代的试验证明，虽然锌-钴合金的耐盐雾试验水平略低于锌-镍合金，但在实际使用过程中证明比锌-镍合金的耐腐蚀性能还要好［1，3-5］。我国学者也对锌-钴合金进行了大量的研究，例如哈尔滨工业大学、北京航空航天大学等单位都进行了许多研究工作，发表了一些论文［2，6］。但是，对于氯化物体系的锌-钴合金的电化学过程，还有许多工作要做，特别是新型的添加剂对于锌和钴的还原过程的影响，还没有得到深入的探讨。本文采用循环伏安法对锌-钴合金

1 实验部分

1.1 试样准备

试样材料45钢，规格为100 mm×50 mm×2mm的薄片，用400#水砂纸对平面及边缘进行打磨，使表面均匀、光亮。

1.2 前处理及施镀工艺

工艺流程如下:

200#航空汽油清洗→机械打磨→水洗→电化学除油→热水洗→冷水洗→弱腐蚀→冷水洗→中和→冷水洗→镀锌-钴合金→回收处理→冷水洗→一次钝化→二次钝化→冷水洗→冷水洗→压缩空气吹干→烘干。

试样准备好后，按照上述工艺流程进行前处理，然后在锌-钴合金镀液中进行电镀，获得良好的锌-钴合金镀层。

锌-钴合金镀液的配方为:

BZN928是锌-钴合金光亮剂用于提高镀层的光亮度，BZN930是开缸剂用于提高镀层的分散性能和深镀能力，BCO908是鈷的络合溶液用于增加鈷金属的含量。

1.3 试验设备和试验方法

1)采用上海丽荣公司的DDK 10A/10V型霍尔槽试验仪和267mL的标准霍尔槽进行试验。

2)采用上海辰华仪器公司生产的CHI 604A型电化学分析仪(工作站)和三电极体系 (双铂电极和甘汞电极)，对没有加任何添加剂的基础溶液和添加了开缸剂BZN 930和光亮剂BZN 928以及添加了钴盐的溶液分别测量循环伏安曲线，扫描速率为 0.05V/s。

3)采用德国生产的FMC-X-PENT测厚和成分分析仪，测量采用上述工艺获得的霍尔槽试片，厚度和钴金属的含量。

2 试验数据和分析

2.1 钴质量分数分析

锌-钴合金电镀霍尔槽试片的钴金属从低电流密度区到高电流密度区的分布图见图1。从图1可以看出在整个镀层中都沉积了鈷金属，而且鈷含量随着电流密度的增大而增加。

图1 钴在霍尔槽试片上的分布图

2.2 电镀锌-钴合金霍尔槽试片的厚度分布

从图2可以看出，锌-钴合金电镀霍尔槽试片高电流密度区厚度为22μm，低电流密度区的厚度为2.98μm，两者的比值为7.38，可以说分散能力能够满足工艺要求。

图2 锌-钴合金镀层蓝白钝化后的镀层厚度分布图

2.3 基础溶液的循环伏安曲线

如图3所示，基础溶液作相应的循环伏安曲线扫描，没有添加加开缸剂930、光亮剂928和钴添加剂BCO的时候，基础溶液的循环伏安曲线是典型的马鞍型，锌的还原电位(Zn2+还原为Zn的电位)在 －1.1V，最高的电流的电位在 －1.5V，－1.65V开始产生析氢反应。

图3 没有添加剂的基础溶液的循环伏安曲线

2.4 基础溶液加开缸剂和光亮剂后的循环伏安曲线

如图4所示，加入了酸性镀锌的开缸剂930和光亮剂928后，可以明显的看到产生了极化现象，锌的还原电位从－1.1伏 极化到－1.4伏，极化幅度达到300毫伏，氢的析出电位也降低到－1.85伏左右。极化现象的产生，导致结晶细致，表面光亮。与参考文献［7］的阐述完全一致。

图4 加入开缸剂和光亮剂后的循环伏安曲线

2.5 基础溶液加开缸剂和光亮剂再加钴添加剂后的循环伏安曲线

如图5所示，可以看出，锌的还原电位提高到－1.2V，锌的最大还原电流在 －1.6V，但氢的析出电位负移到－2.0V以后。可见钴添加剂的加入改变了整个溶液的锌和氢的还原电位，在－1.8V左右，可以看到曲线有一个的突起，这里可能就是钴的还原电位。

图5 加入开缸剂、光亮剂后和再加入钴添加剂后的循环伏安曲线

3 结论

通过上述分析，得出以下结论:

1)采用氯化钾体系的酸性镀锌体系加入适当的添加剂，能够镀出锌-钴合金镀层。

2)氯化钾体系的锌-钴合金镀层的钴在0.2% ～0.4%之间。

3)氯化钾体系的添加剂，使锌的还原电位负移，从而产生极化，导致结晶细致，产生光亮作用。

4)钴添加剂的加入降低了氢的析出电位，增加了锌-钴合金沉积的电位区间。

致谢:

感谢北京航空航天大学朱立群教授和刘慧苁博士、郭玉珍硕士研究生，感谢北京蓝丽佳美化工科技中心李家柱教授在本文的创作过程中，给予的大力支持和帮助。

［1］木夏本英彦，小见崇著.合金电镀［M］.北京:航空工业出版社，1989.79.

［2］Shears AP.Zinc-cobolt deposits from an acidchloride electrolyte［J］.Tranns.IMF，1989，67(67):69.

［3］Douglas E Lay CEF Willam E.Eckles.The Fundamental of Zinc/cobalt［J］. Plat.Surf. Finish，1990，77(10):10.

［4］屠振密，李文良，杨哲良.电镀锌-钴合金的现状与发展［J］.材料保护，1992，28(05):42.

［5］David Crotty Zinc Alloy Plating for the Auto-motive Industry Met［J］.Fin，1996，94(9):54.

［6］郭鹤桐.复合镀层-复合材料中的一支新军［J］.材料保护，1990，(1-2):55.

［7］吴纯素，黄子勋.电镀原理［M］.北京:机械工业出版社，1986:107.

Investigation of Zinc-Cobalt Alloy Electrodeposition Process with Cyclic Voltammetry Method

WANG Fang-gang
(Beijing Keeven Aviation Instrument Co.，LTD.，Beijing 100086，China)

The electrodeposition process of zinc-cobalt alloy coating was investigated by using cyclic voltammetry method，and the thickness and content of cobalt of zinc-cobalt coating was measured with X-ray thickness and composition analyses instrument.The results show that zinc-cobalt alloy coating which contains 0.2% ～0.4%cobalt could be electrodeposited from potassium-cobalt chloride system.With the addition of cobalt，the potential of hydrogen evolution moves negatively，and the potential range of zinc-cobalt co-deposition increases obviously.

zinc-cobalt alloy;electrodeposition;cyclic voltammetry method

TQ153.2

A

1001-3849(2011)06-0036-03

2010-07-02

2011-03-11的电沉积过程进行初步的研究。