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本文对电沉积Zn-Fe合金镀层的工艺进行了研究,采用电化学极化、电化学阻抗、盐雾腐蚀等试验研究了Zn-Fe合金镀层的耐蚀性能,并运用SEM、EDS、XRD等方法研究了纯Zn镀层及Zn-Fe合金镀层腐蚀后的镀层表面,分析探讨其耐蚀机理。
通过研究锌酸盐镀液中锌铁总离子浓度、FeSO4·7H2O浓度、三乙醇胺浓度、NaOH浓度、添加剂浓度、阴极电流密度、搅拌速度、温度等对镀层中铁含量的影响,结果表明各个工艺参数对铁含量影响都呈现一定的规律性,从而得出电沉积Zn-Fe合金镀层的最优工艺范围:ZnO8~12g/L,NaOH110~150g/L,三乙醇胺30~50mL/L,FeSO4·7H2O3.5~8.g/L,添加剂40~60mL/L,阴极电流密度1~2A/d㎡,温度28~35℃,搅拌速度160~240r/min,在此工艺范围内,可获得含铁量9wt%~18wt%的光亮Zn-Fe合金镀层。
镀层形貌分析表明,与纯Zn镀层相比,Zn-Fe合金镀层表面更加致密。镀层中铁含量对Zn-Fe合金镀层表面形貌有一定的影响,Zn-Fe合金镀层中铁含量较低时,镀层表面有较多的胞状组织,随着铁含量增加,胞状组织逐渐减少,镀层表面也逐渐变光亮。Zn-10.28Fe合金镀层钝化后镀层微观形貌与钝化前相比晶粒更为细小,镀层表面也变得更为光亮。钝化后的Zn-17.5Fe合金镀层表面有裂纹。
电化学极化和交流阻抗谱结果表明,Zn-Fe合金镀层的耐蚀性优于纯Zn镀层,其中Zn-10.28Fe合金镀层耐蚀性最优。盐雾腐蚀结果表明,Zn-Fe合金镀层表面出现白锈时间长于纯Zn镀层,Zn-6.63Fe、Zn-10.28Fe合金镀层表面出现5%红锈时间长于纯Zn镀层,而Zn-17.5Fe合金镀层表面出现5%红锈时间早于纯Zn镀层。
从XRD测试分析结果得出,Zn-Fe合金镀层沿(101)高度择优,其择优程度高于纯Zn镀层。Zn-Fe合金镀层耐蚀性是择优取向和相组成共同作用的结果。
Zn-10.28Fe合金镀层在盐雾腐蚀过程中能形成一层由4Zn(OH)2·ZnCl2·H2O和3Zn(OH)2·ZnCO3组成的较厚、致密且绝缘性良好的膜层覆盖在镀层表面,抑制腐蚀反应的进一步进行。Zn-17.5Fe合金镀层在盐雾腐蚀过程中形成的腐蚀膜层较薄,抑制腐蚀反应的效果较Zn-10.28Fe合金镀层差。
三价铬钝化后的Zn-Fe合金镀层腐蚀趋势、腐蚀电流均于小纯Zn镀层,极化电阻大于纯Zn镀层。Zn-Fe合金钝化后在盐雾腐蚀试验中出现5%白锈时间要长于纯Zn镀层。