鑄造鋁硅合金無氰浸鋅溶液及浸鋅機(jī)制的研究.pdf

1、浸鋅方法是鑄造鋁硅合金鍍前預(yù)處理最常用的方法。我國(guó)的浸鋅溶液需求量大且主要依靠進(jìn)口。有氰浸鋅溶液仍占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，浸鋅后鍍層易出現(xiàn)結(jié)合力不良的現(xiàn)象，因此，無氰浸鋅溶液的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文通過對(duì)浸鋅前預(yù)處理溶液的研究，優(yōu)選出除油溶液、堿蝕溶液、出光溶液。對(duì)單純浸鋅、浸鋅鎳、浸鋅鎳鐵、浸鋅鎳鐵銅等不同的浸鋅溶液進(jìn)行了初選，利用電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)、全浸腐蝕試驗(yàn)、失重法、XRF、EDS、SEM、拉伸試驗(yàn)等方法對(duì)浸鋅層的腐蝕

2、電勢(shì)與浸鋅時(shí)間的關(guān)系曲線、腐蝕速率、膜重、膜厚、組成成分、微觀形貌及浸鋅后電鍍鎳層結(jié)合力等進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：改進(jìn)的浸鋅鎳鐵銅的浸鋅溶液所得浸鋅層更薄，更均勻致密、穩(wěn)定電勢(shì)高、浸鋅層在3.5％NaCl溶液中腐蝕速率小，后續(xù)鍍層結(jié)合力高。
　　對(duì)多元合金浸鋅溶液分別從氫氧化鈉、硫酸鋅、硫酸鎳、酒石酸鉀鈉、表面活性劑、穩(wěn)定劑等方面進(jìn)行了復(fù)選，研究了浸鋅時(shí)間、浸鋅溫度對(duì)浸鋅層微觀形貌的影響。結(jié)果表明：適宜的氫氧化鈉含量為80-120g

3、/L，硫酸鋅含量為30-40g/L、硫酸鎳含量為30-40g/L，酒石酸鉀鈉含量為80-100g/L。明確了浸鋅溶液中較優(yōu)秀的表面活性劑、穩(wěn)定劑、適宜的浸鋅時(shí)間及浸鋅溫度。
　　在對(duì)絡(luò)合劑組合大量試驗(yàn)的前提下，優(yōu)選出酒石酸鉀鈉＋絡(luò)合劑A、酒石酸鉀鈉＋絡(luò)合劑B、酒石酸鉀鈉＋絡(luò)合劑A＋絡(luò)合劑B、絡(luò)合劑A＋絡(luò)合劑B四組絡(luò)合劑組合，復(fù)配出硫酸鋅體系和氧化鋅體系的8個(gè)浸鋅溶液，對(duì)其所得浸鋅層性能、電鍍鎳層性能、鍍層斷面形貌及組成進(jìn)行了研究。

4、結(jié)果發(fā)現(xiàn)酒石酸鉀鈉＋絡(luò)合劑A、酒石酸鉀鈉＋絡(luò)合劑B的絡(luò)合劑組合所得浸鋅層及后續(xù)鍍層性能都較好。鍍層斷面形貌及成分測(cè)試表明：電鍍鎳層、堿性化學(xué)鍍鎳磷層與鋁硅合金基體界面間存在著一層薄薄的鋅合金層，酸性化學(xué)鍍鎳磷層與基體界面間的浸鋅層消失。浸鋅層明度值與結(jié)合力關(guān)系測(cè)試結(jié)果表明：浸鋅層明度值在50-54之間后續(xù)鍍層的結(jié)合力好，認(rèn)為浸鋅層明度值與浸鋅時(shí)間關(guān)系曲線的斜率可以近似代表浸鋅置換反應(yīng)發(fā)生的快慢。比較了優(yōu)選出的無氰浸鋅溶液與商品化有氰浸鋅

5、溶液及商品化無氰浸鋅溶液的性能，研究了浸鋅溶液的使用消耗及補(bǔ)加溶液。
　　通過對(duì)浸鋅層表面微觀形貌隨浸鋅時(shí)間、溫度變化的觀察及對(duì)浸鋅過程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)等方面的研究，探討了浸鋅機(jī)制。利用SEM、AFM觀察了鋅晶粒生長(zhǎng)的全過程，建立了多元合金浸鋅模型。發(fā)現(xiàn)鋅晶粒首先在鋁基體微觀表面上的各種缺陷處，如位錯(cuò)、空穴、亞晶等表面形核并長(zhǎng)大，生成方式為二維平面由點(diǎn)到面的過程，并且浸鋅初期基體晶界處鋅晶粒生長(zhǎng)活性遠(yuǎn)大于基體晶粒處，隨浸鋅

6、時(shí)間的增加，鋅晶粒由腐蝕坑邊緣、孔洞邊緣向周圍及由近晶界處向基體晶粒中心處擴(kuò)散生長(zhǎng)，直至基本布滿基體。二次浸鋅得到的鋅晶粒比一次浸鋅更細(xì)小、均勻、致密。浸鋅時(shí)間過長(zhǎng)，浸鋅溫度過高，鋅晶粒形狀會(huì)由粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺?。無氰多元合金浸鋅溶液中浸鋅反應(yīng)的表觀活化能為34.207kJ/mol，簡(jiǎn)單浸鋅溶液中浸鋅反應(yīng)的表觀活化能為41.194kJ/mol；金屬析出順序?yàn)殂~、鎳、鐵、鋅，在多元合金浸鋅層中的鐵、鎳、銅是鋅晶粒生長(zhǎng)的異質(zhì)核心，浸鋅初期主要是