钪钇镧对锌铁合金镀层耐蚀性能影响的研究

摘要

目前锌铁合金已成为钢铁材料的主要防护性镀层之一，由于该合金具有良好的性价比，优异的耐盐雾腐蚀性、良好的焊接性和低氢脆性等特性，因而越来越受到人们的重视。本文选择了硫酸盐镀液体系，通过在镀液中加入不同的稀土金属离子，制备得到锌铁合金镀层，并对镀层的微观结构、表观形貌及其在稀硫酸溶液中的耐蚀性能进行了研究。
　　 用直流电在A3钢表面电镀Zn-Fe合金镀层，考察了温度、时间、pH值和电流密度对镀层耐蚀性能的影响，得出最佳的电镀工艺参数：镀液温度25℃；电镀时间30min；pH=4.4；电流密度Dk=25mA·cm-2。在此工艺条件下得到的Zn-Fe合金镀层较光亮、致密。
　　 在锌铁合金镀液中分别添加适量的钪盐、钇盐和镧盐，用SEM和XRD研究锌铁合金镀层的微观结构和表观形貌，用线性扫描伏安法和交流阻抗法研究钪、钇、镧离子对合金镀层耐蚀性能的影响。结果表明：(1).镀液中加入一定量的钇盐，得到均匀、致密的镀层，改变了Zn-Fe合金镀层的晶面择优取向和织构系数，择优取向由(002)晶面变为(101)晶面；在30℃，0.2mol/L H2SO4溶液中，镀层腐蚀反应的致钝电流密度(ipp)和维钝电流密度(ip)明显降低，其中ip由28.87mA·cm-2降到2.056mA·cm-2，致钝电位负移，极化电阻由12Ω·cm2增至18Ω·cm2，使Zn-Fe合金镀层在稀硫酸溶液中的耐蚀性能明显增强；(2).镀液中加入一定量的镧盐，镀层晶粒细化，得到均匀、致密的镀层，改变了Zn-Fe合金镀层各晶面的织构系数，使主晶面(002)衍射峰强度降低，但不改变镀层的(002)晶面的择优取向，在30℃，0.2mol/L H2SO4溶液中，镀层的致钝电流密度和维钝电流密度降低，其中ip由20.51mA·cm-2降到12.45mA·cm-2，极化电阻由10Ω·cm2增至17Ω·cm2，使Zn-Fe合金镀层在酸性溶液中的耐蚀性能增强；(3).镀液中加入一定量的钪盐，使合金镀层的组织细化，晶粒度变小，改变了Zn-Fe合金镀层晶面的织构系数，降低主晶面(002)衍射峰强度，但其晶面择优取向(002)晶面并未改变，在30℃，0.2mol/L H2SO4溶液中，致钝电流密度和维钝电流密度降低，其中ip由20.51mA·cm-2降到1.75mA·cm-2，极化电阻由10Ω·cm2增至16Ω·cm2，使Zn-Fe合金镀层在酸性溶液中的耐蚀性能增强。比较在最优工艺条件下得到的镀层的耐蚀性能，发现在本文研究的三种稀土金属盐中，镀液中掺杂微量的钪盐，得到的镀层在稀硫酸介质中耐蚀性能最佳。

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文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1金属腐蚀与防护概述

1.1.1金属腐蚀的类型

1.1.2金属腐蚀的防护

1.2 Zn-Fe合金镀层的研究现状

1.2.1 Zn-Fe合金镀层的分类

1.2.2电镀Zn-Fe合金的常见体系

1.3稀土元素在合金电镀中的应用和研究现状

1.3.1稀土元素概述

1.3.2稀土元素在合金电镀中的应用进展

1.3.3稀土离子在待镀工件上还原沉积的可能性

1.3.4稀土离子对金属合金镀层性能的影响

1.4本课题研究的意义及主要工作内容

1.4.1本课题的研究意义

1.4.2主要工作内容

第二章实验内容与方法

2.1主要化学试剂

2.2主要实验设备

2.3镀液组成与工艺条件

2.3.1镀液组成

2.3.2电镀工艺条件的选择和确定

2.3.3工作电极的制备

2.4测试方法

2.4.1开路电位法

2.4.2稳态法测阳极极化曲线

2.4.3循环伏安法

2.4.4交流阻抗法

2.4.5 XRD测试方法

2.4.6 SEM测试方法

2.4.7 EDS测试方法

第三章Zn-Fe合金电镀工艺条件的研究

3.1实验部分

3.1.1电流密度的影响

3.1.2温度的影响

3.1.3 pH值的影响

3.2阳极极化曲线分析

3.2.1不同电流密度下Zn-Fe合镀层阳的极极化曲线

3.2.2不同电镀温度下Zn-Fe合金镀层的阳极极化曲线

3.2.3不同pH值下Zn-Fe合金镀层的阳极极化曲线

3.3本章小结

第四章 钇对Zn-Fe合金镀层耐蚀性能的影响

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.2.1阳极极化曲线分析

4.2.2 SEM分析

4.2.3 XRD分析

4.2.4交流阻抗谱的分析

4.2.5循环伏安曲线的分析

4.3本章小结

第五章 镧对Zn-Fe合金镀层耐蚀性能的影响

5.1实验部分

5.2结果与讨论

5.2.1阳极极化曲线分析

5.2.2 SEM分析

5.2.3 XRD分析

5.2.4交流阻抗谱的分析

5.2.5循环伏安曲线的分析

5.3本章小结

第六章 钪对Zn-Fe合金镀层耐蚀性能的影响

6.1实验部分

6.1.1制备Sc(NO3)3溶液

6.1.2镀液中掺杂Sc3+量的研究

6.2结果与讨论

6.2.1阳极极化曲线分析

6.2.2 SEM分析

6.2.3 XRD分析

6.2.4交流阻抗谱的分析

6.2.5循环伏安曲线的分析

6.3本章小结

第七章结论

本文创新点

参考文献

附录 无氰碱性电镀工艺对Cu-Zn合金结构的影响

攻读硕士学位期间发表的论文