电沉积ZnAl复合镀层工艺及耐蚀性能的研究

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1、摘要镀锌广泛用于钥铁零件的防护，但是镀锌存在耐蚀性低、氢脆高、钝化工序毒性大等不足。20世纪90年代以来，适当成分的锌及锌合金为基础的复合镀层作为汽车用第3代耐蚀钢板引起了人们的广泛重视，其自身不仅耐蚀性比纯镀锌层高，而且表面均匀，与表面有机涂层间的有较强的粘接强度。本论文在电沉积锌的基础上加入铝粉颗粒获得Zn一Al复合镀层，对复合电沉积工艺进行了研究，探讨了电沉积各个工艺参数对Zn一Al复合镀层的铝粉复合量以及镀层表面形貌的影响，研究分析了Zn一AI复合镀层的耐蚀性能及耐蚀机理。通过研究氛化锌镀液中AI粉浓度、AI(o

2、H)3浓度、表面活性剂、电流密度、pH值、温度、搅拌速度等对铝粉复合量的影响，结果表明各个工艺参数都呈现一定的规律性，从而得出电沉积zn一AI复合镀层的最佳工艺:镀液中AI粉颗粒浓度4glL，Al(oH)3浓度sg/L，搅拌速度40rpm，表面活性剂(十二烷基磺酸钠)4mg/L，电流密度6刀dmZ，温度30士2℃，pH6。镀层形貌分析比较表明，在电镀锌工艺条件下的Zn一AI复合镀层和纯锌镀层相比，表面光滑平整，晶粒中及晶粒间有铝粉颗粒存在，柱状晶粒较小，晶粒较为细密。调整电流密度获得最佳工艺条件下的Zn一AI复合镀层，由

3、柱状结晶转变为层片状结晶，层片状结晶组织相互层叠，均匀细密，更多的Al粉颗粒存在于晶粒之间和晶粒之中。浸泡腐蚀试验、盐雾腐蚀试验，电化学极化以及交流阻抗谱的结果表明，zn一AI复合镀层的耐蚀性比纯锌镀层的耐蚀性要好，随着电流密度从ZA/dmZ调整为6州dmZ，复合镀层中Al粉复合量增加，zn一AI复合镀层耐蚀性提高。镀层耐蚀性提高的原因是，zn一Al复合镀层的组织比纯锌镀层致密，而且有大量铝粉存在于表面及镀层当中，阻挡了腐蚀介质的渗入，减缓了锌的腐蚀速率。而且工艺的调整使镀层的AI粉复合量上升，镀层表面组织更加致密，呈交

4、叉重叠的层状结晶组织，腐蚀介质更加不容易渗入，所以镀层的耐蚀性越好。从XRD测试分析的结果可以得出，相同电镀锌条件下的Zn一Al复合镀层比纯锌镀层呈(002)晶面更高程度的择优，而最佳工艺条件下的Zn一AI复合镀层呈(100)晶面高择优。择优取向使镀层的耐蚀性能提高的根本原因是择优取向有利于不同晶面的表面趋于一致，从而使晶面表面电位也趋向于均匀化，电位均匀化将导致腐蚀速度降低，即镀层耐蚀性得到提高。另一方面，择优面数量减少，镀层的微观化学均匀性能更好，在腐蚀溶液中微电池腐蚀的驱动力变小，使镀层的耐蚀能力得到增强。关键词:

5、电沉积:Zn一1复合镀层;耐腐蚀性能;择优取向华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:养勃日期:问年翻夕日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有

6、权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅(除在保密期内的保密论文外);学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于:口保密，在—年解密后适用本授权书。了不保密。学位论文全文电子版提交后:口同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。(请在以上相应方框内打“矿”)作者签名:孤勘日期:讨·乙·夕指导教师签名日期:沂介布叮·‘·7第一章绪论第一章绪论1.1引言金属腐蚀是金属(

7、材料)与环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象，它是自发进行的一种冶金逆过程。自然环境(大气、土壤、海洋、生物和微生物等)和工业介质(酸、碱、盐、工业水、熔盐、嫩气等)都有可能造成材料的腐蚀，它的危害几乎遍及所有的行业，包括冶金、化工、能源、矿山、交通、机械、航空航天、信息、农业、食品、医药、海洋开发和基础设施等lj。世界各国因腐蚀而造成的经济损失十分巨大。腐蚀的损害不仅在于材料破坏、能源消耗、设备失效等直接损失，更重要的是由于材料的破坏而致使打乱或中断整个工作的流程，导致人力、物力、财力和时间的损耗，还会引起物料污染、

8、产品质量下降、环境恶化、装置泄漏，甚至引发重大安全事故，而这些间接损失往往是直接损失的若干倍或几十倍。因此腐蚀与防护是关系到经济可持续发展和人民生命安全的重大研究领域，而表面工程技术是解决材料腐蚀与防护最经济有效的手段和方法[2]。在金属表面采用防护层是防止金属腐蚀的最普遍的方法，将金属与外界隔离，以阻碍金属表面上微