温度对硫酸盐镀锌层性能的影响

邢乐红 *，黎德育，李宁，崔术新

（1.牡丹江师范学院化学化工学院，黑龙江 牡丹江 157012；2.哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

硫酸盐镀锌体系主要应用于钢铁的防腐蚀处理，它的优点是高效环保，成本低、耐蚀性高且机械性能良好[1-3]。温度是硫酸盐镀锌工艺重要的参数之一，对电化学反应活性、镀液黏度、电导率、传质性能等影响很大[4-5]。目前研究硫酸盐镀锌主要集中在优化镀液组成及调控操作条件上[6-8]，而温度对镀层明度、微观形貌及耐蚀性的影响尚未得到细致研究。本文从体系电化学反应活性和传质性能入手，通过物理表征和电化学测试研究了镀层的明度、微观结构和耐蚀性，分析了温度对镀层性能的影响，获得了结晶细致、平整的镀锌层。

1 实验

1.1 前处理

选用10 cm × 5 cm 的低碳钢板为基体，在烧杯中对其进行除油、水洗、酸洗等前处理后进行电镀。除油液为5 g/L 的十二烷基磺酸钠水溶液，酸洗液是质量分数为5%的稀H2SO4。

1.2 硫酸盐电镀锌

在方形塑料镀槽中完成电镀，采用锌阳极，恒温水浴。电镀液的基本组成和工艺条件为：锌离子(以硫酸锌的形式加入)90 g/L，硫酸6 g/L，电流密度5 A/dm2，温度30 ～ 70 °C，时间475 s。

1.3 性能表征

1.3.1 明度

因操作简单，快速，数据重现性好，明度法常用于表征硫酸盐镀锌层的表观质量[1]。采用杭州轻通仪器有限公司XND-1 型白度测试仪测定镀锌层的明度，数值越大，则其表观质量越好。每个镀锌试片在对角线上不同位置随机测5 个点，取平均值。相同的工艺条件下平行镀3 个试片，取平均明度作为此工艺条件下的明度。

1.3.2 微观形貌

利用上海仪器五厂4XC 型金相显微镜观察镀锌层的微观形貌。

1.3.3 耐蚀性

采用上海辰华CHI660 电化学工作站测定镀锌层(面积1 cm2)的Tafel 曲线，3.5%的NaCl 溶液为电解液，1 cm × 1 cm 的Pt 片为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，扫描速率为10 mV/s。

2 结果与讨论

2.1 温度对镀层表观质量的影响

温度对镀锌层明度的影响如图1 所示。随温度升高，镀层的明度先升高后降低。镀液温度为50 °C 时，镀层明度最高，性能最好。这主要是由于随温度升高，镀液中离子扩散速率增大，浓差极化降低，有利于形成细小致密的结晶。但当温度过高时，电化学极化明显减弱，晶核形成速率小于结晶长大速率，造成结晶粗大。

图1 温度对镀锌层明度的影响Figure 1 Effect of temperature on brightness of electroplated zinc coating

2.2 温度对镀层微观结构的影响

不同温度下所得镀锌层放大800 倍的金相显微照片如图2 所示。由图2 可知，50 °C 时所得镀层结晶最为细致，这主要是因为当温度较低时，镀液中离子传递阻力较小，浓差极化降低，结晶细致；当温度过高时，电化学极化显著下降，不利于形成细小结晶，结晶粗大。所以温度为50 °C 时，镀层最为细致平滑，此时明度也最高，可见结晶较好的镀层，明度也较高。

图2 不同温度下所得镀层的微观形貌Figure 2 Micromorphologies of zinc coatings electroplated at different temperatures

2.3 温度对镀层耐蚀性的影响

测试不同温度下所得镀锌层的Tafel 曲线以比较其耐蚀性，结果见图3，对应的腐蚀电位φcorr和腐蚀电流密度jcorr列于表1。由图3 及表1 可知，当温度为50 °C 时，镀层的腐蚀电流最小，腐蚀电位最负，耐蚀性最好。

图3 不同温度所得镀锌层在3.5% NaCl 溶液中的Tafel 曲线Figure 3 Tafel polarization curves for zinc coatings electroplated at different temperatures in 3.5% NaCl solution

表1 不同温度所得镀层在3.5% NaCl 溶液中的腐蚀参数Table 1 Corrosion parameters of zinc coatings electroplated at different temperatures in 3.5% NaCl solution

3 结论

温度对镀层性能影响较大。随温度升高，传质阻力降低，浓差极化减小，镀层性能提高，当温度过高时，电化学极化明显降低，电化学反应过快，不利于细小结晶形成，镀层性能下降。当温度为50 °C 时，获得的镀层性能最好。

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