【摘 要】
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锌镍(Zn-Ni)合金镀层因具有良好耐腐蚀性、高结合力、低氢脆性及优良的装饰性而逐渐替代锌镀层。目前,较主流的碱性电镀锌镍合金体系存在电流效率低、添加剂用量高及在高碳钢和铸铁件表面不易镀覆的问题,而新开发的酸性工艺体系却能有效弥补以上缺点。酸性锌镍合金电镀体系中各工艺因素及添加剂对电沉积过程、镀层相成分、表面形貌及耐蚀性的影响存在差异,本文针对酸性氯化物锌镍合金电镀体系开展了以下几方面研究。首先,
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锌镍(Zn-Ni)合金镀层因具有良好耐腐蚀性、高结合力、低氢脆性及优良的装饰性而逐渐替代锌镀层。目前,较主流的碱性电镀锌镍合金体系存在电流效率低、添加剂用量高及在高碳钢和铸铁件表面不易镀覆的问题,而新开发的酸性工艺体系却能有效弥补以上缺点。酸性锌镍合金电镀体系中各工艺因素及添加剂对电沉积过程、镀层相成分、表面形貌及耐蚀性的影响存在差异,本文针对酸性氯化物锌镍合金电镀体系开展了以下几方面研究。首先,采用循环伏安(CV)、线性极化(LSV)和计时安培(CA)等方法研究了镀液中金属离子在阴极表面的电沉积行为,探索了电镀工艺参数的影响,确定了适合该体系的最佳电镀条件。其次,结合电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化(Tafel)和扫描电镜(SEM)等方法分析了几种镀液添加剂对金属离子电沉积过程、形核方式及镀层性能的影响。最后,对苯甲酸钠(SB)在锌阳极表面的吸附行为及停镀过程对锌阳极溶解行为的影响进行了研究,并基于热力学理论探讨了温度变化对热力学参数的影响,主要研究结果如下:(1)酸性氯化物体系镀液中Zn-Ni合金的电沉积过程主要可分为四个阶段,其中当沉积电位在-0.4 V~-1.32 V区间范围时为预沉积和正常共沉积阶段,当沉积电位低于-1.32 V时属于异常共沉积和析氢反应阶段;该体系镀液中金属离子在阴极表面的电沉积反应属于不完全可逆过程,其形核生长方式更趋向于多相瞬时形核模式。(2)电流密度在1.2 A/dm~2~2.8 A/dm~2时可获得外观良好的Zn-Ni合金镀层;该体系镀液中当Zn2+/Ni2+比值为2.0、镀液温度为30℃及pH值为5.2时电沉积可获得Ni含量较多的γ相合金镀层。(3)基础镀液中分别添加络合剂、光亮剂及分散剂时均可提高阴极极化,且三种添加剂共同添加时存在协同效果,阴极极化作用更大;基础镀液中无添加剂时锌镍合金电沉积过程由电荷转移过程控制,而光亮剂、分散剂及三种添加剂共同添加时转变为电荷转移过程和扩散过程混合控制;基础镀液中分别添加络合剂、光亮剂及分散剂后不会改变Zn-Ni合金在阴极的形核方式,而三种添加剂共同添加时形核方式转变为前期连续形核和后期瞬时形核的复合模式。(4)PEG-600在阴极表面吸附使Zn2+、Ni2+更难迁移至阴极电极表面,导致Zn-Ni合金共沉积还原峰位置的电位向负方向移动,当添加浓度为3.33×10-2mol/L时合金镀层具有最佳的表面形貌和单一成分γ相,其自腐蚀电流最低且电化学阻抗值最大,镀层具有最佳耐蚀性。(5)停镀过程时该体系镀液中添加苯甲酸钠对Zn阳极的溶解反应具有良好抑制作用,SB属于以阳极抑制为主的阳极缓蚀剂;SB在Zn表面的吸附满足Langmuir等温吸附模型,在293 K~323 K的温度范围内,ΔH~0均小于0、ΔG~0值介于-29.855~-27.644 k J·mol-1之间,ΔS~0>0,SB缓蚀剂分子在Zn表面是由物理吸附和化学吸附混合控制自发进行的熵增过程。
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