硫酸鹽電沉積鋅鐵合金及腐蝕、力學(xué)性能.pdf

1、Zn-Fe合金鍍層是二十世紀(jì)七十年代初期誕生的主要用于鋼鐵表面的一種新穎防腐鍍層，因其優(yōu)異的耐蝕性、良好的上漆性、焊接性能及成形性能、低成本而愈來愈受到人們的重視。本文首先對(duì)Zn-Fe 合金電沉積的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述，主要討論了：(1)Zn-Fe 合金電沉積工藝；(2) Zn-Fe 合金鍍層的成分和微結(jié)構(gòu)；(3) Zn-Fe 合金鍍層的腐蝕和力學(xué)性能；(4) 鋅鐵合金鍍層的鉻酸鹽鈍化處理；(5) 鉻酸鹽鈍化膜的成分、結(jié)構(gòu)與腐蝕性能。在此

2、基礎(chǔ)上利用實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，研究了Zn-Fe 合金電沉積工藝、鍍層的結(jié)構(gòu)、耐蝕性能、腐蝕行為及力學(xué)性能。主要內(nèi)容和結(jié)果包括： 1. 采用自制的光亮劑，從硫酸鹽體系獲得了光亮致密的Zn-Fe 合金鍍層(0.2-0.9wt.％Fe)；與堿性鍍液比較，硫酸鹽鍍液具有成分易于控制、陰極電流效率高和操作成本低等優(yōu)點(diǎn)；極化曲線研究表明：Zn-Fe 合金電沉積屬于異常共沉積。 2. 通過一步優(yōu)化沉積工藝條件，成功地制備了高基

3、面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層。 為了對(duì)比分析高基面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層的腐蝕性能，用硫酸鹽鍍液制備了純Zn鍍層，用堿性鋅酸鹽鍍液制備了與高基面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層有相近Fe 含量的Zn-Fe 合金鍍層，并且所有鍍層的鉻酸鹽鈍化條件相同。采用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X-射線能譜(EDS)、X 光電子能譜(XPS)、動(dòng)電位極化和靜置浸泡等方法研究了Zn 和Zn-Fe 合金鍍層的成分、結(jié)構(gòu)和腐蝕性

4、能。XRD 結(jié)果表明：高基面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層的織構(gòu)系數(shù)高達(dá)95％以上，晶粒尺寸為納米級(jí)，相結(jié)構(gòu)為相；動(dòng)電位極化和靜置浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高基面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層黑色鈍化后的耐蝕性為鈍化同厚度Zn 鍍層的3 倍，它的腐蝕性能最優(yōu)成分為0.58wt.％Fe；在Fe 含量相近的情況下，無論是鈍化前還是鈍化后，高基面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層的腐蝕性能比堿性鋅酸鹽電沉積Zn-Fe 合金鍍層的腐蝕性能好；XPS 分析表明：擇

5、優(yōu)取向影響Zn-Fe 合金鍍層鉻酸鹽鈍化膜中鉻的總含量和高價(jià)態(tài)Cr 的含量。綜合分析Zn-Fe 合金鍍層成分、結(jié)構(gòu)和腐蝕性能的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)織構(gòu)和相結(jié)構(gòu)參數(shù)( )是影響Zn-Fe 合金鍍層腐蝕性能的主要因數(shù)。 3. 用新近生產(chǎn)的XPS 儀器詳細(xì)分析了Zn 和Zn-0.58％Fe 合金鍍層黑色鉻酸鹽鈍化膜的成分、元素價(jià)態(tài)及其深度分布。結(jié)果表明，鉻酸鹽鈍化膜的XPS 實(shí)驗(yàn)很成功，并且首次測(cè)得了一些有價(jià)值的XPS 結(jié)果。Zn 和Zn-

6、Fe 合金鍍層的黑色鉻酸鹽鈍化膜均顯示三層結(jié)構(gòu)：表面層、內(nèi)層(主體膜層)和界面層；黑色鉻酸鹽鈍化膜的成分及元素價(jià)態(tài)在膜內(nèi)呈梯度分布；Zn-Fe 合金鍍層中的Fe 參與了成膜，從而提高了Zn-Fe 合金鈍化膜中Cr(VI)的含量。影響鉻酸鹽鈍化膜耐蝕性的關(guān)鍵因素Cr(VI)的含量而不是膜厚度?；赬PS 分析結(jié)果，闡述了Zn-Fe 黑色鉻酸鹽鈍化膜形成機(jī)理。 4. 根據(jù)腐蝕電位下離子的傳輸特征，給出一般性邊界條件，解擴(kuò)散方程，得到

7、了擴(kuò)散阻抗的一般形式解析解，從這個(gè)一般解推出了正切和余切擴(kuò)散阻抗，并詳細(xì)討論了正切和余切擴(kuò)散阻抗的低頻特性；用傳輸線等效電路解釋了正切和余切擴(kuò)散阻抗，并且計(jì)算了傳輸線電路中的電路元件參數(shù)。 5. 實(shí)驗(yàn)測(cè)量了鈍化和未鈍化的Zn-Fe 合金鍍層在NaCl 溶液中的阻抗譜。根據(jù)本文推導(dǎo)得出的腐蝕電位下擴(kuò)散阻抗的理論結(jié)果，并結(jié)合鈍化和未鈍化的Zn-Fe 合金鍍層的SEM、XPS 和AFM 的分析，提出了阻抗模型和等效電路，同時(shí)調(diào)整等效電

8、路中的元件參數(shù)以便最優(yōu)模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果表明：提出的等效電路能很好地?cái)M合測(cè)量結(jié)果。 6. 在掃描電鏡下原位觀察了Zn-Fe 合金鍍層鋼板在單向拉伸載荷作用下表面微結(jié)構(gòu)演化及裂紋擴(kuò)展過程，發(fā)現(xiàn)Zn-Fe 合金鍍層中萌生的微裂紋與拉伸載荷方向垂直。 7. 首次用電化學(xué)阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線法證實(shí)了Zn-Fe 合金鍍層的力學(xué)化學(xué)效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著塑性變形程度的增加，Zn-Fe 合金鍍層的腐蝕電流和界面電容增加并通過最大值

9、；相反，隨著塑性變形程度的增加，Zn-Fe 合金鍍層的極化電阻和腐蝕電位減少并達(dá)到最小值?；诠腆w力學(xué)化學(xué)和電化學(xué)理論，詳細(xì)分析了Zn-Fe 合金鍍層的力學(xué)化學(xué)效應(yīng)特征與其變形各階段的內(nèi)在聯(lián)系，并推導(dǎo)出一些解釋電化學(xué)阻抗譜和動(dòng)電位極化數(shù)據(jù)的理論公式。 8. 研究了Zn-Fe 合金鍍層對(duì)低碳鋼板力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：Zn-Fe 合金鍍層對(duì)低碳鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率影響不大，而對(duì)其塑性應(yīng)變比( r )和應(yīng)變硬化指數(shù)(