添加铝和钛对热镀锌层的影响.pdf

第5 5 卷第3 期 2 003 年8 月 有色金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V a l ．5 5 、N o 、3 A u g u s t20 03 添加铝和钛对热镀锌层的影响 魏世丞，朱晓飞，魏绪钧 东北大学材料与冶金学院，沈阳”0 0 0 4 摘 要从表观质量、上锌量、电化学测试结果考察加 微量铝和轼对锌镗层的影响。结果表明．铝和钍最佳加 量分别为 0 ．0 5 ％以下和00 3 9 6 ，得到的镀层耐蚀性强．表观质量好。 关键词材料科学基础；镀层；电化学测试；铝；钍；表观质量 中圈分类号T G l 7 44 4 3 ；T G l l 3 ．2 3 i 文献标识鹋A文章编号1 0 0 i 一0 2 1 i 2 0 0 3 0 3 0 0 2 3 ～0 3 目前热镀锌技术应用极为广泛，在镀锌层中添 加铝和钛能显著改善镀层表观质量、降低锌耗。少 量铝加入镀层时，可抑制镀液氧化⋯1 。加人钦，当 镀层表面暴露在大气或水溶渡中时，可形成一层稳 定、结台力强、保护性好的T i q 氧化膜，使镀层处于 钝化状态。这层膜还具有很好的自愈性，当受到腐 蚀破坏后。钝化膜可以很快自行修复f 2 i ，所以在海 洋环境中具有特别突出的耐蚀性。在耐海水腐蚀锌 基镀层中加入铝和钛，形成新镀层，分别从表观质 量、上锌量、腐蚀电化学方面进行分析，确定铝、钛的 最佳用量。 l实验方法 1 ．1 原料及设备 所用材料分别为葫芦岛锌厂生产的O ”锌、抚顺 铝厂生产的A 0 铝锭、自制的A 1 5 T i 中间合金、自制 的助镀剂以及钢丝 ≠ 3 ．5 r a m 和工业盐酸。试 验设备包括电阻炉、恒温水浴箱、Q W K 一7 0 2 控温仪 及M 1 7 3 电化学测试仪。 1 ．2 试验程序 钢丝在7 0 0 ℃温度下，于电阻炉中退火脱脂，时 阅控制在2 ～3 m j n ，脱脂后钢丝经永洗，放入工业盐 酸中酸洗，温度控制在4 0 ～5 0 ℃之间，时间为l m i n ， 酸洗后的钢丝经水冲洗，进入助镀工序，应用自配的 助镀剂，在8 0 ℃温度下，助镀6 ～8 s ，经烘干后进行 热浸镀，热镀温度及时间要根据镀液成分决定，热镀 后的钢丝，需经水冷和空冷，得到所要检测的镀层钢 丝。 基金项目国家自然科学基金费助项目{ 5 9 8 7 1 0 1 1 收藕日期2 0 0 3 一0 1 一1 3 作者简介魏世丞 t 9 7 4 一 ，男，沈阳市人，博士生 2 试验结果与讨论 2 ．1A l 和T i 加入■对镀层表观质量的影响 根据镀层评分标准，按k 3 4 正交试验表安排 正交试验。在锌镀屡中分别添加元素灿 0 ．0 5 ， 0 ．1 0 ，5 ．o o 和“ o ．O l ，o ．0 3 ，o ，0 5 ，通过打分考察 A I 和T i 加入量对镀层表观质量、附着性的影响，结 果见表l 。 由表1 可知，随镀层中钛含量增加，镀层表观质 量逐渐变好，在含量为0 ．0 3 ％时镀层表观质量达到 峰值，继续添加钛时镀层质量反而有所下降，故钛元 素加入量应控制在0 ．0 3 ％左右。随镀层中铝含量 增加，镀层表观质量逐渐下降，因此铝含量不宜过 高，应控制在0 ．1 0 ％以下。 表1A I 和T i 元素加入量与镀屡表观质量关系 T a b l e1 P l a t i n gs u r f a c eq u M i t yw k hd o s a g e so f 舢a n dT i 2 ．2 A I 和n 加入量对镀屠上锌■的影响 镀层上锌量是考察镀层质量的～项重要指标． 台理的上锌量对镀层使用性能和镀层产品竞争有重 要影响。热镀产品上锌摄影响因素较多，如热镀温 度、热镀时间、添加元素种类及数量等，通过正交试 验 见表2 ，研究～和T i 元素加入量对镀层上锌量 的影响。 万方数据 2 4 有色金属 第5 5 卷 表2 表明，当镀层中钛含量为01 3 3 ％时，镀层上 锌量随铝含量变化存在一个峰值，从镀层上锌量角度 考虑，A I 加人量0 ．0 1 ％、T i 加入量0 ．0 3 ％最佳。 2 ．3 镀层电化学测试 综合考虑镀层表观质量和上锌量，确定向镀锌 层中添加铝和钛分别为0 ．0 5 ％和0 ．0 3 ％，在 Z n o ．0 5 A I 基础上添加0 ．0 3 ％T i 构成新镀层，并对 新镀层进行鬼化学测试。 表2A I 和T i 元素加入量与镀层上锌量 T a b l e2Z i n cd e p o s i t i o nw i t hd o s a g e so fA Ia n dT i 序号 A 上 l l A I t ／％ T i 加 量／％ 雾层冀苎 7 t g ’m 。J 1 00 5 0 ．0 1 1 5 7 20 ．1 000 11 4 5 350 00 ．0 11 1 0 40 ．0 500 31 7 1 5O 1 0O 0 32 0 2 6 5 ．o oO ．0 31 8 0 70 ．0 5 0 ．0 51 5 0 801 00 ．0 5 1 4 7 950 00 0 51 6 2 2 ．31 电化学测试方法。测试样用沥青封装，暴露 面积为1 c m 2 ，试样表面用砂纸打磨，再用无水乙醇 擦洗，试验前试样在试验介质中浸泡2 4 h ，进行预极 化处理。试验介质为p H 7 的5 ％N a C I 水溶液，用 分析纯氯化钠和去离子水配制。 电化学测试采用美国E G ＆GP A R C 公司的 M 1 7 3 电化学测试仪，以石墨电极为辅助电极，饱和 甘汞电极为参比电极，测试试样为工作电极组成三 电极体系。数据采集和处理是通过M 3 5 2 腐蚀电化 学测试仪及软件进行。线性极化曲线测量时，扫描 速率为0 ．5 m V ／s ，扫描范围是相对于开路电位 2 0 m V 。极化曲线测量时，电位扫描速率为1 ～ 5 m V ，极化扫描是在相对于开路电位一3 0 0 ～ 1 5 0 m V 范围内进行。试验装置如图1 所示。 圈1 电化学实验装置 F i g1 F a c i l i t i e sf o re l e c t r o c h e m i c a lm e a s u r 廿n e n t 2 ．3 ．2 电化学测试结果。电化学测试仪测试后，再 经过分析软件进行极化曲线拟合，得出纯锌、锌铝、 锌钛、锌铝钛四种镀层的电化学参数，见表3 。各种 镀层T a f e l 极化曲线对比如图2 所示，由此可分析元 素A l 和T i 含量对镀锌层的影响。 表3 锌、锌铝、锌钛、锌铝钛四种镀层电化学参数 T a b l e3E l e c t r o c h e m i c a lp a r a m e t e r so fZ n ，Z n A I ， Z r t - T i 町一Z n - A I - T ia ／J o ye o a t i v 蟛 躲。。‰M ，品≤兰莲≥ 从表3 可以看出，在纯锌镀层中添加0 ．0 5 A 1 ， 镀层自腐蚀电位负移1 1 l m V ，添加0 ．0 3 T i 的镀层 白腐蚀电位正移3 0 m Y ，腐蚀电流密度前者上升，后 者下降。试样阳极塔菲尔斜率分别增加1 4 和 2 6 m V ／ 。 ，阴极塔菲尔斜率又分别下降4 倍和2 倍。而在锌铝镀层中继续加入钛后，镀层自腐蚀电 位较Z n O ．0 3 T i 镀层继续正移3 3 m V ，腐蚀电流密度 较纯锌增加近4 倍，是Z n o ．0 3 T i 镀层的5 倍，试样 阳极塔菲尔斜率与Z n 0 ．0 5 A I 基本相当，而阴极塔菲 尔斜率较z n O ．0 3 T i 镀层增加1 8 m Y ／ 。 。 添加元素A J 和T i 后，尤其是添加T i 后．形成 的新镀层耐蚀性能得到提高，阴极极化过程由氧扩 散控制过程逐渐转化为氧扩散和析氢混合控制过 程[ 4 ] 。而造成Z n O ．0 5 A 1 极化电位较z n 负移的原 因经分析认为少量的A 1 加入后，使得Z n O ．0 5 A 1 镀 层活性增强，析氢过程加速，电化学反应趋势加强， 出 鲁 图2 锌、锌铝、锌钛、锌铝钛四种镀层 T a f e l 极化‘曲线对比 F i g ．2 P o l a r i z a t i o nc u n ，e So fZ n ．Z n - A I ．Z n T i a n dZ n A ／一T ie o d t i n g s 下转第4 5 页，C o n t i n u e do nP ．4 5 万方数据 兰 塑⋯圭竺璺竺 查塾翌堡竺壑壁型堕塞三垄垫塑堕坚堕叁塑 壅 塑 李华昌，局春山，符斌液膜分离技术及其在铂族金属分离中的应用[ J ] ．黄金，2 0 0 1 ．2 2 2 4 0 李华昌．周春山．符斌革淋树脂技术及其在铂族金属分离中的应用[ J ] 贵金属，2 0 0 1 ，2 2 4 4 9 李华昌，周春山，符斌．铂族金属离子交换与吸附分离新进展[ J ] 有色金属 冶炼 ．2 0 0 1 3 3 2 中本一雄无机和配位化舍物的红外和拉曼光谱[ M ] 黄德如．汪仁庆译北京化学工业出版社，1 9 9 1 1 6 0 A d s o r p t i o no fG o l db yB i g - a p e r t u r eW e a kA l k a l i n eT e r t i a r y - a m i n eR e s i n L 』H “n 抽Ⅱ“9 1 一．F U B i n2 ，Z H O U C h u n s h a n l ，T A N GS h u f a n 9 2 1i n s t i t u t eo f C h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n 船r i n g ．C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a 2B e O i n g G e 艇r a l R e s e a r c h I n s t i t u t eo f M i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e l f i n 9 1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A B S T R A C T T h ea d s o r p t i o no fg o l dw i t hB Kb i g a p e r t u r ew e a ka l k a l i n et e r t i a r y a m i n er e s i ni si n v e s t i g a t e di nh y d r o c h l o r i ca c i ds o l u t i o nT h er e s u l t ss h o wt h a tg o l dc a nb ep e r f e c t l ya d s o r b e db yt h er e s i nw i t hg o o ds e l e c t i v i t ya n dl q i g h e x c h a n g ec a p a c i t yo f9 1 0 m g A u ／g d r yr e s i n T h em o l er a t i ob e t w e e ns a t u r a t e dr e s i na n dg o l di s10 7 E x c e p t b i s m u t h ，o t h e rb a s em e t a l sh a v e1 0 Wa d s o r p t i o nr a t i o ，s ot h er e s i nc a nb eu s e dt oc o n c e n t r a t eg o l df r o ml a r g e a m o u n to fb a s e m e t a l sT h er e a c t i o na c t i v a t i o ne n e r g ya n de n t h a l p ya r e l 7 ．1 5 k J ／m o la n d l 9 ．9 8 k J n l o l _ 1 K ⋯ r e s p e c t i v e l y ．I ti ss h o w nb yt h em i c r o c o s m i cs t u d yo ft h ea d s o r p t i o nm e c h a n i s mw i t hS c a n n i n gE l e c t r o nM i c r o s c o p e ，E l e c t r o nS p e c t r o s c o p y ，I n f r a r e dS p e c t r o m e t r ya n dR a m a nI n s t r u m e n t a t i o nT e c h n i q u e st h a tg o l da b s o r b e di si nt h ef o r mo fA u C h a n dt h ea d s o r p t i o np r o c e s sp r o c e e d sf r o mt h es u r f a c et ot h ec e n t e r K E YW O R D S m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；g o l d ；a d s o r p t i o n ；a n i o ne x c h a n g er e s i n ；m e c h a n i s m 上接第2 4 页C o n t i n u e df r o mP ．2 4 致使Z n 0 ．0 5 A I 镀层抗腐蚀能力下降。而在其基础 上加入0 ．0 3 ％T i 后的，形成的Z n 0 ．0 5 A 1 0 ．0 3 T i 镀 层，极化电位正移，耐蚀性优于z n 和Z n 0 ．0 3 ％T i 镀 层，这说明在Z n 0 ．0 5 7 d O ．0 3 ％T i 镀层中起主要作用 的是T i ，在镀层表面形成致密氧化膜，起到保护镀 层的作用。 由图2 可见，镀层中铝和钛的加入对镀层极化 曲线形状几乎没有影响，阳极过程表现为镀层的活 性溶解过程，表明添加微量钛并不能改变镀层对点 蚀敏感性【“。随着铝和钛的加入，形成的Z n O ．0 3 T i 和Z n 0 ．0 5 伽．0 3 T i 镀层的电极电位较纯锌镀层高， 而Z n 0 ．0 5 A 1 镀层却较锌镀层电极电位低。因此，可 以得出Z n 0 ．0 3 T i 镀层耐蚀性优于纯镀锌层， z n 0 ．0 5 M 0 ．0 3 T i 镀层又优于Z n 0 ．0 3 T i 镀层，镀层 铝含量不宜过高。应控制在0 ．0 5 ％以下。 3 结论 综合表观质量、上锌量、电化学测试结果，确定 铝最佳加入量应控制在0 ．0 5 ％以下，钛加入量为 0 ．0 3 ％。加入钛可改善镀层表面光泽，改善镀层表 观质量，提高镀层耐蚀性。 参考文 献 [ 1 ] F r i e dJJA t m c 6 p h e r i c c o r f o x , i o np r o d u c t so n A I ，Z na n d ～一Z n m e t a l l i cc o a t i n g s [ J ] C o r r o s i o n ，1 9 8 6 ，4 2 1 7 4 2 2 [ 2 ] 朱相荣，王相润．金属材料的海洋腐蚀与肪护[ M ] 北京国防工业出版社，1 9 9 9 1 9 4 [ 3 ] 朱相荣，黄桂桥．钛台金在海水中的耐局部腐蚀性能[ J ] ．全面腐蚀控制，1 9 8 8 ，2 4 6 【4 ] 张长桥，王微山A l Z n 舍金热镀层的化学组成与电化学腐蚀行为[ J ] ．材料工程，1 9 9 7 ，9 3 1 [ 5 ] B l i e k w e d e DJ ．5 5 ％～，Z na l l o yc o a t e ds h e e t [ J ] I r o n E S t e e l ，1 9 8 0 ，6 6 7 8 2 1 E f f e c to fA Ia n dT iA d d i t i o no nH o t - d i p p e dZ i n c - C o a t i n g W E IS h i c h e n g ．Z H UX i a o f “．W E IX u j u n S c h o o l0 ，M a t e r l a l s ∞d M e t a l l u r g y ，N o r t h e a s t e r n U n i m r s i t y ，，S h e n ，a n 9 1 1 0 0 0 4 tC A i t u z A B S T R A C T T h ee f f e c t so fa d d i t i o no fA 1a n dT io nt h eh o t d i p p e dz i n cc o a t i n ga r ei n v e s t i g a t e db yt h ea n a l y s i so ft h e s u r f a c eq u a l i t y ，t h ep l a t i n g ．w e i g h ta n dt h ee l e c t r o c h e m i c a lp r o p e r t yT h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m u md o s a g e o fA Ia n dT ia r eb e l o w0 ．0 5 ％a n d0 ．0 3 ％r e s p e c t i v e l y 。t h ec o a t i n gp r o d u c e di nt h i sc o n d k i o na r ee x c e l l e n ti n c o r r o s i o nr e s i s t i v i t ya n ds u r f a c eq u a l i t y ． K E YW O R D S m a t e r i a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ；p l a t i n g ；e l e c t r o c h e m i s t r yt e s t ；A I ；T i ；s u r f a c eq u a l i t y 万方数据