法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2013-04-24
授权
授权
2012-03-07
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N15/08 申请日:20100707
实质审查的生效
2012-01-11
公开
公开
技术领域
本发明涉及镀锡板表面检测技术，尤其涉及一种测试镀锡钢板孔隙率的电化学方法。
背景技术
电镀锡钢板是指两面镀有纯锡的冷轧低碳薄钢板或钢带。它将钢的强度和成型性同锡的耐蚀性、锡焊性和美观性结合于一种材料之中。由于锡无毒、延展性好、耐蚀性好等特点，电镀锡钢板在食品工业、装运设备、电子器件等行业上得到了广泛应用。
经软熔处理的镀锡钢板结构大致可分为三层：钢基体、Fe-Sn合金层以及锡层，最为理想的锡层是致密且无孔的，而实际上镀锡层总是存在着针孔。针孔分两类，一类为达到铁层的针孔、另一类是达到锡铁合金层的针孔。镀锡钢板在使用过程中，锡层在有机酸和无氧条件下，存在“电位反转”现象，锡相对于铁来说是阳极性镀层，锡层被腐蚀，铁被保护。当针孔的量和面积达到一定值以上时，锡层便迅速的溶解。在水溶液中，镀锡层相对于铁却是阴极性镀层，此时铁被腐蚀。而且在制罐过程中，当锡层上存在孔隙时，锡层将加快基板的腐蚀产生点锈，大大降低了镀锡钢板的耐蚀性。另外，随着金属锡价格的上升以及从节约金属资源的角度出发，镀锡钢板的锡涂层正向薄型化发展。然而镀锡钢板薄型化发展的结果也增加了其发生点蚀的可能，罐的寿命也因此受到了严重的影响。
现有测试镀锡钢板的孔隙率的方法主要是通过分光光度法来分析镀锡钢板的铁溶出值，铁溶出值的大小表征了镀锡钢板的孔隙率的大小。现有分光光度法每检测一个样品大约需要1小时，镀锡钢板孔隙率的检测存在一定的滞后性，不能及时的指导生产工艺的调整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定量测试镀锡钢板孔隙率的旋转圆盘电极法，该方法可缩短了检测镀锡板孔隙率所花费的时间，能够及时的指导生产工艺的调整，此外，该方法操作简单，测量准确。
本发明是这样实现的：一种定量测试镀锡钢板孔隙率的旋转圆盘电极法，该方法包括如下步骤：
步骤1、标准直线的绘制：首先配制由稀硫酸、过氧化氢和蒸馏水均匀混合而成的腐蚀液，然后将腐蚀液分成若干份，向每份腐蚀液中加入不同质量的硫酸铁，制成不同铁离子含量的标准溶液，将标准溶液转移到安装有旋转圆盘电极的三电极体系中，接通电化学工作站，设定旋转圆盘电极的转速为α，α为500～2000r/min，通过使用旋转圆盘电极对标准溶液进行阴极电位线性扫描，将不同铁离子浓度的标准溶液在β电位下的电流密度值进行直线拟合，得到标准直线和该标准直线的直线方程，β为-0.45～-0.10V；
步骤2、测试片的封装：将待测的镀锡钢板裁剪出一片测试片，然后将测试片固定于装有腐蚀液的广口瓶的瓶口处并密封，随后将广口瓶倒置，倒置时间为5～30min；
步骤3、阴极电位线性扫描：打开广口瓶，将广口瓶中的溶液转移到安装有旋转圆盘电极的三电极体系中，接通电化学工作站，设定旋转圆盘电极的转速为α，通过使用旋转圆盘电极对溶液进行阴极电位线性扫描，确定在β电位处的电流密度值；
步骤4、数据处理：将步骤3中测得的电流密度值代入步骤1中得到的标准直线方程，求出溶液中铁离子浓度 ，根据公式[1]求出测试片的铁溶出值，
[1]
式中： 为测试片的铁溶出值；
为广口瓶中腐蚀液的体积；
为测试片的面积。
所述的腐蚀液中含有质量百分浓度为10～15%的稀硫酸18～26mL，质量百分浓度为30～36%的过氧化氢1～3mL，蒸馏水20～30mL；将稀硫酸缓慢加入到由过氧化氢和蒸馏水组成的溶液中，混合均匀配制成腐蚀液。
将腐蚀液分成5份，加入硫酸铁将5份腐蚀液制成铁离子浓度分别为20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L和100mg/L的标准溶液。
所述测试片为圆形, 测试片的面积为20～40cm2。
本发明利用镀锡钢板表面孔隙处与腐蚀液反应会溶出铁离子的特点，结合电化学分析方法，测定镀锡钢板的孔隙率。本发明测试镀锡钢板孔隙率过程中无需对腐蚀液进行稀释，有效的避免了在使用分光光度法过程中由于铁离子含量过高，必须对腐蚀液进行稀释而带来的误差。本发明操作简单，使用成本低，测试结果可以直接表明镀锡钢板孔隙率的高低，非常适合现场的快速检测，可以实时快速精确的测试出镀锡钢板孔隙率的变化。
附图说明
图1是实施例1中不同铁离子含量的标准溶液在-0.45V电位处的电流密度拟合直线；
图2是实施例2中不同铁离子含量的标准溶液在-0.30V电位处的电流密度拟合直线；
图3是实施例3中不同铁离子含量的标准溶液在-0.10V电位处的电流密度拟合直线。
图中： ——■—— 测定曲线 ， ——标准直线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种定量测试镀锡钢板孔隙率的旋转圆盘电极法，该方法包括如下步骤：
步骤1、标准直线的绘制：首先取质量百分浓度为10%的稀硫酸18mL，质量百分浓度为30%的过氧化氢1mL，蒸馏水20mL；将稀硫酸缓慢加入到由过氧化氢和蒸馏水组成的溶液中，混合均匀配制成腐蚀液。将腐蚀液分成5份，加入硫酸铁将5份腐蚀液制成铁离子浓度分别为20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L和100mg/L的标准溶液，将标准溶液转移到安装有旋转圆盘电极的三电极体系中，接通电化学工作站，所述三电极体系和电化学工作站均为现有技术，设定旋转圆盘电极的转速为α，α为2000r/min，通过使用旋转圆盘电极对标准溶液进行阴极电位线性扫描，得到不同铁离子浓度的5份标准溶液在β等于-0.45V电位下的电流密度值，参见表1。
表1 不同铁离子浓度的5份标准溶液在-0.45V电位下的电流密度值
将不同铁离子浓度的5份标准溶液在-0.45V电位下的电流密度值进行直线拟合，得到标准直线，参见图1所示，标准直线方程为：
式中，为铁离子浓度值(mg/L)；
为以饱和甘汞电极作为配对电极在-0.45V电位下的电流密度值(mA/cm2)。
步骤2、镀锡片的封装：将新制备的1号镀锡钢板试样和2号镀锡钢板试样分别裁剪出一片测试片，所述测试片为圆形, 测试片的面积为20cm2，然后将2个测试片固定于2个装有39ml腐蚀液的广口瓶的瓶口处，该腐蚀液的成分与步骤1中腐蚀液成分相同，用胶垫和瓶盖加以密封，随后将广口瓶倒置，倒置时间为30min；
步骤3、阴极线性扫描：打开广口瓶，将广口瓶中的溶液转移到安装有旋转圆盘电极的三电极体系中，接通电化学工作站，设定转速为2000r/min，通过使用旋转圆盘电极对溶液进行阴极电位线性扫描，确定在-0.45V电位处的电流密度值。
步骤4、数据处理：将步骤3中测得的电流密度值代入步骤1中得到的标准直线方程：
求出溶液中铁离子浓度，再根据公式[1]求出测试片的铁溶出值，
[1]
式中： 为测试片的铁溶出值；
为广口瓶中腐蚀液的体积；
为测试片的面积。
根据本实施例中步骤1至步骤4的方法， 1号和2号测试片的测试结果及现有技术分光光度法铁溶出值如表2所示。
表2 实施例1中旋转圆盘电极法分析铁溶出值结果及现有技术分光光度法铁溶出值
从表2测试结果可以看出，使用旋转圆盘电极法分析得到的铁溶出值和使用分光光度法得到的数值差别很小，精确度较高，而且本发明铁离子测试浓度很宽10～100mg/L，可以避免分光光度法中由于腐蚀液稀释带来的误差。
实施例2
一种定量测试镀锡钢板孔隙率的旋转圆盘电极法，该方法包括如下步骤：
步骤1、标准直线的绘制：首先取质量百分浓度为12%的稀硫酸22mL，质量百分浓度为33%的过氧化氢2mL，蒸馏水25mL；将稀硫酸缓慢加入到由过氧化氢和蒸馏水组成的溶液中，混合均匀配制成腐蚀液。将腐蚀液分成5份，加入硫酸铁将5份腐蚀液制成铁离子浓度分别为20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L和100mg/L的标准溶液，将标准溶液转移到安装有旋转圆盘电极的三电极体系中，接通电化学工作站，所述三电极体系和电化学工作站均为现有技术，设定旋转圆盘电极的转速为α，α为1200r/min，通过使用旋转圆盘电极对标准溶液进行阴极电位线性扫描，得到不同铁离子浓度的5份标准溶液在β等于-0.30V电位下的电流密度值，参见表3。
表3 不同铁离子浓度的5份标准溶液在-0.30V电位下的电流密度值
将不同铁离子浓度的5份标准溶液在-0.30V电位下的电流密度值进行直线拟合，得到标准直线，参见图2所示，标准直线方程为：
式中，为铁离子浓度值(mg/L)；
为以饱和甘汞电极作为配对电极在-0.30V电位下的电流密度值(mA/cm2)。
步骤2、镀锡片的封装：将新制备的3号镀锡钢板试样和4号镀锡钢板试样分别裁剪出一片测试片，所述测试片为圆形, 测试片的面积为30cm2，然后将2个测试片固定于2个装有49ml腐蚀液的特制广口瓶的瓶口处，该腐蚀液的成分与步骤1中腐蚀液成分相同，用胶垫和瓶盖加以密封，随后将广口瓶倒置，倒置时间为20min；
步骤3、阴极线性扫描：打开广口瓶，将广口瓶中的溶液转移到三电极体系中，接通电化学工作站，设定旋转圆盘电极的转速为1200r/min，通过使用旋转圆盘电极对溶液进行阴极线性扫描，确定在-0.30V电位处的电流密度值。
步骤4、数据处理：将步骤3中测得的电流密度值代入步骤1中得到的标准直线方程：
求出溶液中铁离子浓度，再根据公式[1]求出测试片的铁溶出值，
[1]
式中： 为测试片的铁溶出值；
为广口瓶中腐蚀液的体积；
为测试片的面积。
根据本实施例中步骤1至步骤4的方法，3号和4号测试片的测试结果及现有技术分光光度法铁溶出值如表4所示。
表4 实施例2中旋转圆盘电极法分析铁溶出值结果及现有技术分光光度法铁溶出值
从表4测试结果可以看出，使用旋转圆盘电极法分析得到的铁溶出值和使用分光光度法得到的数值差别很小，精确度较高，而且本发明铁离子测试浓度很宽10～100mg/L，可以避免分光光度法中由于腐蚀液稀释带来的误差。
实施例3
一种定量测试镀锡钢板孔隙率的旋转圆盘电极法，该方法包括如下步骤：
步骤1、标准直线的绘制：首先取质量百分浓度为15%的稀硫酸26mL，质量百分浓度为36%的过氧化氢3mL，蒸馏水30mL；将稀硫酸缓慢加入到由过氧化氢和蒸馏水组成的溶液中，混合均匀配制成腐蚀液。将腐蚀液分成5份，加入硫酸铁将5份腐蚀液制成铁离子浓度分别为20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L和100mg/L的标准溶液，将标准溶液转移到安装有旋转圆盘电极的三电极体系中，接通电化学工作站，所述三电极体系和电化学工作站均为现有技术，设定旋转圆盘电极的转速为α，α为500r/min，通过使用旋转圆盘电极对标准溶液进行阴极电位线性扫描，得到不同铁离子浓度的5份标准溶液在β等于-0.10V电位下的电流密度值，参见表5。
表5 不同铁离子浓度的5份标准溶液在-0.10V电位下的电流密度值
将不同铁离子浓度的5份标准溶液在-0.10V电位下的电流密度值进行直线拟合，得到标准直线，参见图3所示，标准直线方程为：
式中，为铁离子浓度值(mg/L)；
为以饱和甘汞电极作为配对电极在-0.10V电位下的电流密度值(mA/cm2)。
步骤2、镀锡片的封装：将新制备的5号镀锡钢板试样和6号镀锡钢板试样分别裁剪出一片测试片，所述测试片为圆形, 测试片的面积为40cm2，然后将2个测试片固定于2个装有59ml腐蚀液的特制广口瓶的瓶口处，该腐蚀液的成分与步骤1中腐蚀液成分相同，用胶垫和瓶盖加以密封，随后将广口瓶倒置，倒置时间为5min；
步骤3、阴极线性扫描：打开广口瓶，将广口瓶中的溶液转移到三电极体系中，接通电化学工作站，设定旋转圆盘电极的转速为500r/min，通过使用旋转圆盘电极对溶液进行阴极线性扫描，确定在-0.10V电位处的电流密度值。
步骤4、数据处理：将步骤3中测得的电流密度值代入步骤1中得到的标准直线方程：
求出溶液中铁离子浓度，再根据公式[1]求出测试片的铁溶出值，
[1]
式中： 为测试片的铁溶出值；
为广口瓶中腐蚀液的体积；
为测试片的面积。
根据本实施例中步骤1至步骤4的方法，5号和6号测试片的测试结果及现有技术分光光度法铁溶出值如表6所示。
表6 实施例3中旋转圆盘电极法分析铁溶出值结果及现有技术分光光度法铁溶出值
从表6测试结果可以看出，使用旋转圆盘电极法分析得到的铁溶出值和使用分光光度法得到的数值差别很小，精确度较高，而且本发明铁离子测试浓度很宽10～100mg/L，可以避免分光光度法中由于腐蚀液稀释带来的误差。
机译： 定量测试镀锡钢板高温附着力的方法和装置
机译： 镀锡钢板缺陷测试仪的标本绘制系统
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