电沉积Zn-Fe合金镀层工艺及耐蚀性能的研究

摘要

本文对电沉积Zn-Fe合金镀层的工艺进行了研究，采用电化学极化、电化学阻抗、盐雾腐蚀等试验研究了Zn-Fe合金镀层的耐蚀性能，并运用SEM、EDS、XRD等方法研究了纯Zn镀层及Zn-Fe合金镀层腐蚀后的镀层表面，分析探讨其耐蚀机理。
　　 通过研究锌酸盐镀液中锌铁总离子浓度、FeSO4·7H2O浓度、三乙醇胺浓度、NaOH浓度、添加剂浓度、阴极电流密度、搅拌速度、温度等对镀层中铁含量的影响，结果表明各个工艺参数对铁含量影响都呈现一定的规律性，从而得出电沉积Zn-Fe合金镀层的最优工艺范围：ZnO8～12g/L，NaOH110～150g/L，三乙醇胺30～50mL/L，FeSO4·7H2O3．5～8．g/L，添加剂40～60mL/L，阴极电流密度1～2A/d㎡，温度28～35℃，搅拌速度160～240r/min，在此工艺范围内，可获得含铁量9wt％～18wt％的光亮Zn-Fe合金镀层。
　　 镀层形貌分析表明，与纯Zn镀层相比，Zn-Fe合金镀层表面更加致密。镀层中铁含量对Zn-Fe合金镀层表面形貌有一定的影响，Zn-Fe合金镀层中铁含量较低时，镀层表面有较多的胞状组织，随着铁含量增加，胞状组织逐渐减少，镀层表面也逐渐变光亮。Zn-10．28Fe合金镀层钝化后镀层微观形貌与钝化前相比晶粒更为细小，镀层表面也变得更为光亮。钝化后的Zn-17．5Fe合金镀层表面有裂纹。
　　 电化学极化和交流阻抗谱结果表明，Zn-Fe合金镀层的耐蚀性优于纯Zn镀层，其中Zn-10．28Fe合金镀层耐蚀性最优。盐雾腐蚀结果表明，Zn-Fe合金镀层表面出现白锈时间长于纯Zn镀层，Zn-6．63Fe、Zn-10．28Fe合金镀层表面出现5％红锈时间长于纯Zn镀层，而Zn-17．5Fe合金镀层表面出现5％红锈时间早于纯Zn镀层。
　　 从XRD测试分析结果得出，Zn-Fe合金镀层沿（101）高度择优，其择优程度高于纯Zn镀层。Zn-Fe合金镀层耐蚀性是择优取向和相组成共同作用的结果。
　　 Zn-10．28Fe合金镀层在盐雾腐蚀过程中能形成一层由4Zn（OH）2·ZnCl2·H2O和3Zn（OH）2·ZnCO3组成的较厚、致密且绝缘性良好的膜层覆盖在镀层表面，抑制腐蚀反应的进一步进行。Zn-17．5Fe合金镀层在盐雾腐蚀过程中形成的腐蚀膜层较薄，抑制腐蚀反应的效果较Zn-10．28Fe合金镀层差。
　　 三价铬钝化后的Zn-Fe合金镀层腐蚀趋势、腐蚀电流均于小纯Zn镀层，极化电阻大于纯Zn镀层。Zn-Fe合金钝化后在盐雾腐蚀试验中出现5％白锈时间要长于纯Zn镀层。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 耐蚀性锌镀层

1.3 耐蚀性锌基合金镀层

1.4 电沉积Zn-Fe合金工艺

1.4.1 酸性氯化物体系

1.4.2 硫酸盐体系

1.4.3 焦磷酸盐体系

1.4.4 碱性锌酸盐体系

1.5 Zn-Fe合金镀层的耐蚀性能研究进展

1.5.1 低铁Zn-Fe合金镀层的耐蚀性

1.5.2 高铁Zn-Fe合金的耐蚀性

1.6 Zn-Fe基合金镀层研究进展

1.6.1 Zn-Fe-TiO2复合镀层

1.6.2 Zn-Fe-SiO2复合镀层

1.6.3 Zn-Fe-P合金镀层

1.6.4 Zn-Fe-Ni合金镀层

1.6.5 Zn-Fe-RE合金镀层

1.7 Zn及Zn-Fe合金的钝化

1.7.1 三价铬钝化

1.7.2 三价铬钝化机理与组成

1.7.3 三价铬钝化工艺研究现状

1.7.4 Zn-Fe合金镀层钝化研究进展

1.8 锌及锌基合金镀层的耐腐蚀研究方法

1.8.1 盐雾腐蚀试验法

1.8.2 模拟浸泡试验

1.8.3 电化学极化

1.8.4 电化学阻抗

1.9 本论文研究内容及意义

第二章 材料和实验方法

2.1 镀层制备

2.1.1 实验材料及实验装置

2.1.2 试样预处理

2.1.3 电镀

2.1.4 Zn-Fe合金镀层的钝化

2.2 镀层组织和性能测试

2.2.1 镀层组织、形貌与成分测试

2.2.2 镀层及腐蚀产物结构分析

2.2.3 镀层耐腐蚀性能测试分析

第三章 电沉积Zn-Fe耐蚀合金镀层的工艺

3.1 引言

3.2 电镀锌

3.2.1 镀液配方的选取

3.2.2 工艺参数的选取

3.2.3 电镀锌镀层的工艺条件

3.3 电沉积Zn-Fe合金镀层工艺

3.3.1 锌铁总离子浓度对镀层铁含量的影响

3.3.2 FeSO4·7H2O浓度对镀层铁含量的影响

3.3.3 三乙醇胺浓度对镀层铁含量的影响

3.3.4 NaOH浓度对镀层铁含量的影响

3.3.5 添加剂浓度对镀层中铁含量的影响

3.3.6 阴极电流密度对镀层铁含量的影响

3.3.7 搅拌速度对铁含量的影响

3.3.8 温度对镀层铁含量的影响

3.3.9 电沉积Zn-Fe合金镀层的工艺条件

3.4 Zn-Fe合金镀层微观形貌

3.5 本章小结

第四章 电沉积Zn-Fe合金镀层耐蚀性能研究

4.1 前言

4.2 Zn-Fe合金镀层腐蚀实验与结果分析

4.2.1 电化学极化结果与分析

4.2.2 电化学阻抗结果与分析

4.2.3 盐雾腐蚀结果与分析

4.2.4 XRD衍射结果与分析

4.3 Zn及Zn-Fe合金镀层盐雾腐蚀表面分析

4.3.1 镀层腐蚀形貌与组织

4.3.2 腐蚀产物XRD测试结果及分析

4.3.3 Zn及Zn-Fe合金镀层腐蚀过程分析

4.3.4 电化学测试结果与分析

4.4 Zn-Fe合金镀层钝化后的耐蚀性

4.4.1 电化学极化结果与分析

4.4.2 盐雾腐蚀结果与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢