鎂合金堿性鋅酸鹽鍍鍍工藝研究

鎂合金堿性鋅酸鹽鍍鍍工藝研究

1電鍍鋅的制備工藝鎂合金上沉積液可以顯著提高鎂合金表面的耐腐蝕性。同時，它具有外觀美觀、硬度高、耐水性好等優(yōu)點，深受應(yīng)用。鋅鍍層可以作為后續(xù)鍍層的底層,鈍化后也能滿足防護與裝飾的要求。與其他鍍種相比,鍍鋅成本低廉,防護與裝飾效果較好,鍍液相對穩(wěn)定。國內(nèi)研究者進行了很多這方面的研究工作。劉云娥等比較了在浸鋅層基礎(chǔ)上不同溶液體系電鍍鋅的優(yōu)劣。硫酸鹽鍍鋅時,由于鍍液酸性較強,易腐蝕鎂合金基體。鋅酸鹽鍍鋅在電流密度3.0~4.0A/dm2、時間20min的條件下,可獲得致密性、結(jié)合力良好的鍍層。焦磷酸鹽電鍍鋅在電流密度2.0~3.0A/dm2、時間10min的條件下,可得到結(jié)合力良好的鍍層。加入添加劑如植酸和香蘭素,有利于降低焦磷酸鹽鍍鋅層的孔隙率。周婉秋等采用兩步電沉積法在AM60鎂合金上沉積了金屬鋅鍍層,作為鎂合金基體與化學(xué)鍍鎳層之間的過渡層。鋅中間層的存在有利于降低化學(xué)鍍鎳層與鎂合金基體間的電偶腐蝕。尹建軍等通過適當?shù)慕g和活化工藝對AZ91D鎂合金進行了預(yù)處理,然后用堿性鍍鋅工藝獲得了均勻、致密,外形美觀,與基體結(jié)合牢固的鋅鍍層。韓夏云等也進行了鎂合金電鍍鋅的研究工作。采用浸鋅工藝作為電鍍前處理工藝,所得的浸鋅層均勻、致密,在電鍍過程中可以很好地保護基體不受鍍液的腐蝕,同時作為中間層為電鍍層提供良好的結(jié)合力。本文在浸鋅工藝基礎(chǔ)上對比研究了堿性鋅酸鹽電鍍鋅工藝和焦磷酸鹽電鍍鋅工藝。2電壓法、分析和檢測采用的鎂合金電鍍工藝流程為:堿洗─酸洗─活化─一次浸鋅─退除─二次浸鋅─電鍍金屬層─后處理。2.1堿性洗2.2洗衣粉室溫下,在w=85%的H3PO4中酸洗20s。2.3激活和退化2.4浸沒水堿性鍍鋅液及電鍍后的鈍化液均為市售。實驗所用藥品均為分析純。板材試樣為AZ31壓鑄鎂合金,中試樣品材質(zhì)為AZ91D鎂合金。2.5輔助電極掃描用Tafel曲線測定腐蝕電位及腐蝕電流。介質(zhì)為w=3.5%的NaCl溶液,溫度25°C,浸泡5~10min。開路電位掃描范圍為-250~250mV,參比電極采用飽和甘汞電極,輔助電極為金屬鉑片,電解池采用臥式電解槽,工作電極面積為1cm2。文中所有電位均相對于飽和甘汞電極。2.6試片的制備耐蝕性能采用中性鹽霧試驗進行測試。噴霧用的溶液為w=5%的NaCl溶液,試驗溫度35°C,噴霧方式為24h連續(xù)噴霧。試片采用環(huán)氧樹脂封裝,固化24h。鹽霧試驗結(jié)果以出現(xiàn)白銹時間作為評價指標。3結(jié)果與討論3.1堿性鋅酸鹽電鉻堿性鋅酸鹽鍍鋅體系采用上海某廠堿性無氰鍍鋅工藝及其配套的彩鈍、封閉工藝。該工藝穩(wěn)定,鍍層質(zhì)量好,成本較低。3.1.1槽液溫度對鍍層電導(dǎo)率的影響該工藝在常溫下即可獲得較好的鍍層。冬季溫度低于5°C時,電流密度不能大于1.5A/dm2,否則邊緣易發(fā)黑,且溶液中氣泡量過多,電導(dǎo)率下降。此時應(yīng)采取加熱措施,將溫度控制在10~25°C。電鍍過程中槽液溫度會有所提高,但不能超過30°C,否則鍍層粗糙。溫度在10~25°C時,允許電流密度為1.5~2.5A/dm2。實驗室中由于電解槽體積較小,極間距較小,故采用電流密度1.2A/dm2,此時電流效率約70%,沉積速率約14μm/h。3.1.2電鍍后鍍層的耐堿性通過比較鈍化后鋅鍍層的顏色來判斷電鍍時間是否合適。試驗發(fā)現(xiàn),電鍍10min時鍍層不光亮;15min后鍍層明顯出光,但鈍化后無彩虹色;25min后鈍化層顏色有所改善,出現(xiàn)淡黃綠色;30min后鈍化層出現(xiàn)彩虹色,但以藍色居多;45min后鈍化膜出現(xiàn)較純正的彩虹色,紫色和黃色較多。故電鍍時間為45min時效果較好,此時鍍層厚度約10μm。將經(jīng)過電鍍鋅的鎂合金試樣鈍化后進行中性鹽霧試驗。浸鋅后,電鍍20min堿鋅的試樣24h后就出現(xiàn)明顯孔蝕;電鍍30min堿鋅的試樣48h后出現(xiàn)白銹;電鍍45min堿鋅的試樣,鋅層厚度超過10μm,試樣鈍化后中性鹽霧試驗時間超過96h。圖1是工廠中試得到的AZ91D鎂合金電鍍鋅件的鈍化照片,其中樣品1和樣品3是六價鉻鈍化,樣品2是三價鉻彩色鈍化。其電鍍工藝條件均為:溫度10~15°C,電流密度2A/dm2,電鍍時間45min。六價鉻鈍化得到的浸鋅層顏色較深,光澤度較好。六價鉻和三價鉻鈍化后的試樣,中性鹽霧試驗均超過96h。3.2直接鋅酸鹽鍍層焦磷酸鹽電鍍鋅具有鍍液腐蝕性較弱,鍍層出光速度快,鍍層結(jié)晶致密等優(yōu)點,但沉積速度慢,鍍液穩(wěn)定性差,成本高。因此,焦磷酸鹽電鍍鋅打底后再鋅酸鹽鍍鋅,可以在改善鋅鍍層質(zhì)量的同時,很大程度地節(jié)約成本。焦磷酸鹽電鍍鋅工藝條件如下:3.2.1溫度對鋅鍍層的影響電鍍時溫度過低,則鍍液導(dǎo)電性差,鍍層沉積速度慢;溫度過高,易造成邊棱部位發(fā)黑,鍍層脆性增大。溫度超過60°C時,鍍液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象,鍍層鼓泡。當溫度為40~55°C時,電流密度在1.5~2.5A/dm2范圍內(nèi)都能得到合格的鋅鍍層。溫度為40°C時,鋅鍍層的綜合質(zhì)量最佳。3.2.2實驗結(jié)果及分析檸檬酸鈉作為輔助配合劑,能解決施鍍時所需電壓較大,鍍層耐蝕性不好,陽極容易鈍化的問題。3.3.3電鍍時間的影響焦磷酸鹽電鍍鋅15min即可獲得光亮、致密的鍍層。此鍍層滿足打底鍍層的要求。3.3焦磷酸鹽與堿性鋅酸鹽體系的聯(lián)用將焦磷酸鹽電鍍鋅15min獲得的鋅鍍層作為底層,然后再鋅酸鹽鍍鋅15min。得到的鋅鍍層于w=3.5%的NaCl溶液中浸泡10min后,再測試Tafel曲線。試驗數(shù)據(jù)與鋅酸鹽鍍鋅30min的鋅層數(shù)據(jù)列于表1。從表1可以看出,在相同的施鍍時間內(nèi),焦磷酸鹽打底、堿性鋅酸鹽加厚的電鍍工藝所得到的鍍層,其耐蝕性能優(yōu)于堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝所得鍍層。焦磷酸鹽電鍍鋅能夠在較短時間內(nèi)得到致密、光亮的底層,在此基礎(chǔ)上再進行堿性鋅酸鹽電鍍鋅,得到的鋅鍍層質(zhì)量較好。本文還進行了如下試驗:焦磷酸鹽鍍鋅15min后再堿性鋅酸鹽鍍鋅45min,焦磷酸鹽鍍鋅30min后再堿性鋅酸鹽鍍鋅30min,焦磷酸鹽鍍鋅45min后再堿性鋅酸鹽鍍鋅15min,并對以上所得到的電鍍鋅試樣進行三價鉻彩色鈍化。鈍化后試樣的中性鹽霧試驗結(jié)果都超過了192h,腐蝕電流密度為4~6μA/cm2。得到的鋅鍍層均滿足鎂合金表面的防護與裝飾要求。4焦磷酸鹽電鍍鋅工藝(1)鎂合金經(jīng)過浸鋅前處理后,堿性鋅酸鹽鍍鋅層顏色亮白,鈍化效果