电沉积高耐蚀性Zn-Ni合金新工艺

杨 旸，苏勋家，侯根良，李 平

（第二炮兵工程学院501教研室，陕西 西安 710025）

电沉积高耐蚀性Zn-Ni合金新工艺

杨 旸，苏勋家，侯根良，李 平

（第二炮兵工程学院501教研室，陕西 西安 710025）

Zn-Ni合金镀层具有较好的耐蚀性，应用于金属表面防护具有很大的发展前景。为此开发了一种电沉积高耐蚀性Zn-Ni合金的新工艺，该工艺具有成本低、操作方便、镀液稳定及镀层易钝化等优点。在45＃钢表面电沉积Zn-Ni合金镀层，并对镀层的截面形貌、成分以及耐蚀性进行测试。结果表明：所得镀层光亮、平整，结晶细致、均匀；镀层中Ni的质量分数为14.52%；镀层经钝化处理后，其耐蚀性进一步提高，其中黑色钝化的效果最佳。

电沉积；Zn-Ni合金；耐蚀性；钝化

0 前言

Zn-Ni合金具有良好的可焊性和延展性、耐高温、耐磨、耐蚀等特点，目前已在汽车、机械、钢铁、航空及电子等行业中得到广泛的应用［1－3］。

关于电沉积Zn-Ni合金新工艺的研究已有一些报道，但大多集中于酸性镀液体系［4－6］。近些年发展起来的碱性镀液体系具有比酸性镀液体系更明显的优点［7］，从而成为研究热点。本实验采用碱性无氰锌酸盐镀锌工艺在45＃钢表面电沉积Zn-Ni合金镀层，并对镀层的截面形貌、成分以及耐蚀性进行测试。

1 实验

1.1 实验材料

试样为45＃钢，尺寸为60mm×10mm×2 mm。

1.2 工艺流程

化学抛光 —→水洗 —→碱性除油 —→水洗—→电解除油 —→水洗 —→超声波除锈 —→水洗 —→弱浸蚀 —→水洗 —→电镀 Zn-Ni —→水洗 —→钝化—→水洗 —→热风吹干

1.3 镀液配方及工艺条件

氧化锌9.9～11.2g/L，六水硫酸镍2.2～4.6 g/L，氢氧化钠100～130g/L，配位剂L-A 33～55 mL/L，配位剂L-B 65～85mL/L，添加剂 T-A 3～10mL/L，添加剂 T-B 0.25～1.00mL/L，pH 值14，1.5～3.0A/dm2，26～30℃。

1.4 镀液成分的作用及工艺条件的影响

（1）氧化锌和硫酸镍

氧化锌是提供锌离子的主盐，在生产实践中可以通过锌阳极溶解来补充锌离子；在实验室条件下锌离子的消耗较少，通过及时监控镀液中锌离子的质量浓度，溶解氧化锌进行补充。硫酸镍是提供镍离子的主盐，锌、镍的共沉积主要取决于溶液中镍的质量浓度，溶液中镍的质量浓度高，则合金镀层中镍的质量分数就高。

镀液中主盐的质量浓度过高，导致阴极极化下降，晶核生成速率变慢，镀层晶粒较粗；过低，不仅使镀液的导电性变差，还会使镀层中镍的质量分数降低，影响镀层性能。本实验中ρZn∶ρNi保持在10∶1左右。

（2）氢氧化钠

氢氧化钠主要是提供一个稳定的碱性环境，对主盐离子起配位作用，提高镀液的导电性和分散能力。氢氧化钠的质量浓度过低，会造成光亮区的分散能力较差；过高，会造成镀液的质量浓度失调，引起故障。氢氧化钠的质量浓度应控制在100～130 g/L。

（3）配位剂

配位剂L-A是一种镍的配位剂，可防止溶液中产生氢氧化镍沉淀，改善镍的电极电位，其体积分数应控制在33～55mL/L；配位剂L-B是一种锌的配位剂，可改善结晶结构和维持合金均匀，其体积分数应控制在65～85mL/L。

（4）添加剂

添加剂T-A是主光亮剂，可提高阴极极化作用，使镀层光亮、细致，其体积分数应控制在3～10 mL/L；添加剂T-B是次光亮剂，可提高低区光亮度，增加镀层的整平性及光泽，其体积分数应控制在0.25～1.00mL/L。

（5）工艺条件的影响

温度需精确地控制在26～30℃，较大的温度变化会影响镍的共沉积速率，提高温度会使镀层中镍的质量分数增加。阴极电流密度应控制在1.5～3.0A/dm2，本工艺是碱性体系，故阴极电流密度对镀层中镍的质量分数影响不大。

1.5 钝化

（1）黑色钝化

浓缩液120～180mL/L，硝酸40～60mL/L，pH值1.8～2.2，20～30℃，40～90s。

（2）彩色钝化

浓缩液270～330mL/L，六价铬6～8g/L，pH值1.7～2.1，35～40℃，30～50s。

（3）蓝色钝化

浓缩液120～180mL/L，酸液40～60mL/L，pH值4.0～4.4，20～30℃，30～90s。

1.6 性能测试

用VEGA2XMU型能谱仪对镀层进行成分分析。用扫描电镜观察镀层的截面形貌。用88-7000型显微硬度计测试镀层的硬度。根据GB 6458-86，利用盐雾实验测试镀层的耐蚀性，测试介质为质量分数为5%的NaCl溶液，pH值为6.5～7.0，盐雾温度为30℃，连续喷雾。

2 结果与讨论

2.1 截面形貌与成分分析

图1为镀层的截面形貌。由图1可知：镀层厚度约为7.5μm，沿基体向上生长，呈柱状结构，分散比较均匀，与基体结合良好。对截面进行元素线扫描，得到四种元素（Si，Zn，Ni，Fe）的质量分数随镀层深度的变化曲线，如图2所示。由图2可知：Zn的质量分数比Ni的质量分数高，说明电沉积Zn-Ni合金属于异常共沉积。

图1 镀层的截面形貌

图2 元素线分析

镀层的EDS分析结果，如图3所示。由图3可知：镀层中Ni的质量分数为14.52%。Benballa M等［8］指出：镀层中Ni的质量分数为10%～15%时，镀层的耐蚀性最高。本工艺所得镀层中Ni的质量分数达到该指标。

图3 EDS谱图

2.2 硬度

硬度测试结果表明：Zn-Ni合金镀层的硬度比镀锌层的提高了一倍多，具有较好的耐磨性，适用于一些高强度钢铁基体表面。

2.3 耐蚀性

盐雾实验结果，如表1所示。由表1可知：Zn-Ni合金镀层的耐蚀性明显高于镀锌层的；此外，Zn-Ni合金镀层经钝化处理后，其耐蚀性进一步提高，其中黑色钝化的效果最佳。

表1 盐雾实验结果

3 结论

（1）采用碱性无氰锌酸盐镀锌工艺在45＃钢表面电沉积Zn-Ni合金镀层，所得镀层中Ni的质量分数为14.52%。

（2）镀层呈柱状结构，结晶细致、均匀，外观光亮、平整。

（3）盐雾实验结果表明：Zn-Ni合金镀层经钝化处理后，其耐蚀性进一步提高，其中黑色钝化的效果最佳。

［1］ 杜楠，吴浩杰，赵晴，等.汽车零件锌镍合金电镀工艺实践［J］.表面技术，2008，37（3）：77-79.

［2］ 崔虹，宋花平，李桂银，等.输油钢管电镀Zn-Ni合金［J］.电镀与涂饰，2003，22（6）：29-31.

［3］ 宇波，汤智慧，张晓云，等.航空高强钢低氢脆电镀锌－镍合金工艺研究［J］.航空材料学报，2006，26（3）：130-134.

［4］ 黄巍，黄逢春，丁晓林，等.弱酸性无铵锌镍合金电镀工艺的研究［J］.材料保护，2005，38（9）：25-27.

［5］ 苌清华，陈峰，陈艳芳，等.镀液中镍锌含量比对酸性液电镀Zn-Ni合金的影响［J］.热加工工艺，2009，38（12）：99-100.

［6］ 周晓荣，王飞，张开诚.酸性液电镀Zn-Ni合金的操作条件对镀层中 Ni含量的影响［J］.电镀与涂饰，2007，26（6）：10-12.

［7］ 蒋彤雅，吴菊珍.电镀耐蚀性锌－镍合金工艺的研究［J］.电镀与环保，2010，30（2）：16-18.

［8］ Benballa M，Nils L，Sarret M.Zinc–nickel codeposition in ammonium baths［J］.Surface and Coatings Technology，2000，123（1）：55-61.

A New Technology for Electrodepositing High Corrosion Resistance Zn-Ni Alloy

YANG Yang，SU Xun-jia，HOU Gen-liang，LI Ping
（Department of 501，The Second Artillery Engineering College，Xi’an 710025，China）

Zn-Ni alloy coating has a great potential in metal surface protection because of its higher corrosion resistance.For this reason，a new technology for electrodepositing high corrosion resistance Zn-Ni alloy has been developed，which has the virtues of low cost，simple operation，stable bath，easy coating passivation，etc.A Zn-Ni alloy coating was electrodeposited on the surface of 45＃steel and its cross section morphology，composition and corrosion resistance were tested.The results show that the coating thus obtained is bright and smooth，with fine and uniform crystals，of which the Ni mass fraction is 14.52%，and after passivated，its corrosion resistance is further improved，with the best effect in black passivation.

electrodeposition；Zn-Ni alloy；corrosion resistance；passivation

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0018-03

2011-05-14