无锡钢电镀过程中阳极腐蚀机理研究

摘要

无锡钢板(TFS)在皇冠盖、四旋盖、易开盖和浅冲罐等领域应用广泛。但是在无锡钢板的生产过程中，阳极材料易被电镀液腐蚀，很大程度上降低了阳极的使用寿命。因此，弄清无锡钢电镀过程中阳极腐蚀机理对提高阳极使用寿命具有重要的实际意义。
　　本文采用称重法和原子吸收法考察了铅合金阳极在不同浓度的铬、氟电解质溶液中的腐蚀情况，结合SEM、XRD分析方法，研究不同条件下阳极表面膜结构转变。利用极化曲线、循环伏安、交流阻抗谱等电化学方法考察铅阳极在含氟、铬溶液电镀液中电化学行为。采用MS方程探讨了阳极的半导体性质。取得如下结论:
　　(1)电场作用下铅阳极在含氟溶液、含铬溶液和铬氟混合液均发生了明显地腐蚀。在含氟溶液中阳极腐蚀产物主要为PbO2、 PbF2;在含铬溶液中阳极腐蚀产物为PbCrO4和Pb2O;在铬氟混合溶液中，腐蚀产物主要是铅的氧化物。
　　(2)随着氧化时间的延长，铅阳极表面氧化膜厚度先增加，后降低。当氧化时间达到1.5h时，氧化膜厚度达24μm。氧化时间对铅合金阳极氧化膜表面形貌影响明显，当氧化时间达到2h时，铅阳极表面局部存在较大孔隙。铅合金阳极表面物质结构也发生了转变，当氧化时间为0.5h时，PbO衍射峰较强，PbCrO4和PbF2峰强较弱。随着氧化时间的延长，PbCrO4和PbF2衍射峰强度均增强。当氧化时间达到2h时，α-PbO2衍射峰明显增强，但是PbF2衍射峰消失。随着氧化时间进一步延长到2.5h，α-PbO2强度明显减弱，PbCrO4和PbF2衍射峰明显。
　　(3)电化学研究表明，随着氧化时间的延长，铅基阳极表面的自腐蚀电位逐渐增大，当氧化时间大于2h后，自腐蚀电位反而降低。循环伏安曲线表明，当氧化时间≤1.5h时，氧化曲线电压-0.1V附近出现了小的氧化峰;电位1.3V～1.5V出现了明显的氧化峰;还原曲线电位为1.35V、-0.2V和-0.6V出现明显的还原峰。当氧化时间≥2.0h时，氧化峰电流明显降低，同时，电位-0.6V的还原峰消失。交流阻抗谱表明，氧化0.5h的铅合金阳极膜阻抗谱为单纯的容抗弧。随着氧化时间的延长，阻抗谱高频区不仅出现容抗，在低频区出现Warburg阻抗。当氧化时间2.0h时，铅合金阳极膜阻抗谱出现了双容抗弧，而且还包括明显的感抗弧。随着氧化时间进一步延长，高频容抗弧半径明显减小。
　　(4)探讨了循环伏安法评价阳极使用寿命。当循环达到80次，转化为β-PbO2的峰电流最小，阳极导电性不良
　　(5)铬-氧离子团是影响电极载流子密度的主要因素。铅合金阳极在不同组成的溶液中主要体现为n型半导体，但是铅氧化物阳极在含铬溶液中主要体现p型半导体，石墨阳极半导体性质基本不变。氟离子可以提高溶液的扩散性能，提高阳极载流子密度。铬-氧离子团聚合与氟离子扩散性能共同影响阳极半导体性能。氧化时间只改变了铅阳极载流子密度。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 无锡钢的产品特点及生产工艺

1．1．1 无锡钢板的优点

1．1．2 无锡钢板的缺点

1．1．3 无锡钢板生产工艺

1．2 无锡钢板国内外发展状况

1．2．1 无锡钢的发展史

1．2．2 国内外无锡钢生产发展史

1．2．3 无锡钢的应用领域

1．3 铅基阳极的发展情况

1．3．1 铅基阳极的特点

1．3．2 无锡钢电镀阳极的发展情况

1．3．3 铅阳极膜的组成、结构和性质

1．4 本论文研究内容

第2章 无锡钢电镀阳极腐蚀行为的研究

2．1 实验原理

2．2 实验

2．2．1 实验材料、药品及仪器设备

2．2．2 实验内容

2．2．3 分析检测方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 溶液成分对铅合金阳极腐蚀过程的影响

2．3．2 氧化时间对铅合金阳极膜表面形貌的影响

2．3．3 氧化时间对铅合金阳极膜物质结构的影响

2．3．4 不同氧化时间铅阳极膜横截面变化

2．4 本章小结

第3章 无锡钢电镀阳极腐蚀过程电化学研究

3．1 实验原理

3．2 实验

3．2．1 实验材料、药品及仪器设备

3．2．2 实验内容

3．3 结果与讨论

3．3．1 氧化时间对铅合金阳极表面极化曲线的影响

3．3．2 氧化时间对铅合金阳极膜循环伏安曲线的影响

3．3．3 氧化时间对铅合金阳极膜交流阻抗曲线的影响

3．3．4 循环伏安对阳极导电性能的影响

3．4 本章小结

第4章 无锡钢电镀阳极半导性质的研究

4．1 实验原理

4．2 实验

4．2．1 实验材料、药品及仪器设备

4．2．2 实验方法

4．2．3 实验内容

4．3 结果与讨论

4．3．1 阳极材质及铬盐电解质溶液浓度对阳极半导体性能的影响

4．3．2 阳极材质及氟盐电解质浓度对阳极半导体性能影响

4．3．3 阳极材质及铬氟混盐电解质浓度对阳极半导体性能的影响

4．3．4 氧化时间对铅合金阳极半导体性质影响

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文