硫酸鹽電沉積鋅鐵合金及腐蝕、力學性能.pdf

1、Zn-Fe合金鍍層是二十世紀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Zn-Fe 合金電沉積的研究進展進行了評述，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構；(3) Zn-Fe 合金鍍層的腐蝕和力學性能；(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、結構與腐蝕性能。在此

2、基礎上利用實驗和理論分析相結合的方法，研究了Zn-Fe 合金電沉積工藝、鍍層的結構、耐蝕性能、腐蝕行為及力學性能。主要內容和結果包括： 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；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、結構和腐蝕性

4、能。XRD 結果表明：高基面擇優(yōu)取向Zn-Fe 合金鍍層的織構系數高達95％以上，晶粒尺寸為納米級，相結構為相；動電位極化和靜置浸泡實驗結果表明：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態(tài)Cr 的含量。綜合分析Zn-Fe 合金鍍層成分、結構和腐蝕性能的測試結果，發(fā)現(xiàn)織構和相結構參數( )是影響Zn-Fe 合金鍍層腐蝕性能的主要因數。 3. 用新近生產的XPS 儀器詳細分析了Zn 和Zn-0.58％Fe 合金鍍層黑色鉻酸鹽鈍化膜的成分、元素價態(tài)及其深度分布。結果表明，鉻酸鹽鈍化膜的XPS 實驗很成功，并且首次測得了一些有價值的XPS 結果。Zn 和Zn-

6、Fe 合金鍍層的黑色鉻酸鹽鈍化膜均顯示三層結構：表面層、內層(主體膜層)和界面層；黑色鉻酸鹽鈍化膜的成分及元素價態(tài)在膜內呈梯度分布；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鍵因素Cr(VI)的含量而不是膜厚度。基于XPS 分析結果，闡述了Zn-Fe 黑色鉻酸鹽鈍化膜形成機理。 4. 根據腐蝕電位下離子的傳輸特征，給出一般性邊界條件，解擴散方程，得到

7、了擴散阻抗的一般形式解析解，從這個一般解推出了正切和余切擴散阻抗，并詳細討論了正切和余切擴散阻抗的低頻特性；用傳輸線等效電路解釋了正切和余切擴散阻抗，并且計算了傳輸線電路中的電路元件參數。 5. 實驗測量了鈍化和未鈍化的Zn-Fe 合金鍍層在NaCl 溶液中的阻抗譜。根據本文推導得出的腐蝕電位下擴散阻抗的理論結果，并結合鈍化和未鈍化的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，同時調整等效電

8、路中的元件參數以便最優(yōu)模擬實驗數據。模擬結果表明：提出的等效電路能很好地擬合測量結果。 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構演化及裂紋擴展過程，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. 首次用電化學阻抗譜和動電位極化曲線法證實了Zn-Fe 合金鍍層的力學化學效應。結果發(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到最小值?；诠腆w力學化學和電化學理論，詳細分析了Zn-Fe 合金鍍層的力學化學效應特征與其變形各階段的內在聯(lián)系，并推導出一些解釋電化學阻抗譜和動電位極化數據的理論公式。 8. 研究了Zn-Fe 合金鍍層對低碳鋼板力學性能的影響。結果表明：Zn-Fe 合金鍍層對低碳鋼板的屈服強度、抗拉強度和延伸率影響不大，而對其塑性應變比( r )和應變硬化指數(