一種含鈰鋅鍍層的製備方法
2023-08-11 09:26:16 5
專利名稱：一種含鈰鋅鍍層的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種在酸性硫酸鹽溶液中直流電沉積製備含鈰鋅鍍層的方法，特別是一種含鈰鋅鍍層的製備方法，屬於表面工程及表面防腐蝕處理技術領域。
背景技術：
鋼鐵等金屬材料的腐蝕不僅造成材料及設備的報廢，而且引起停工減產、物料流失、環境汙染等巨大的間接損失，阻礙了國民經濟的發展。材料的表面處理是解決材料腐蝕與防護的最經濟有效的手段之一。電鍍技術由於工藝設備簡單，操作容易，成本低廉等優點，成為最常用的表面處理技術之一。目前，電鍍鋅的工藝發展得較為成熟，鋅鍍層是在鋼鐵上應用最為廣泛的防護性 鍍層，它屬陽極性鍍層，既可在環境中形成一層保護膜，直接避免鋼鐵基體與腐蝕介質相接觸，又可利用犧牲陽極的方法對基體起到電化學保護作用，達到防止鋼鐵腐蝕的目的。由於環境的惡化和應用要求的提高，為了滿足實際的生產需要，必須提高鋅鍍層的耐蝕性能。稀土元素因其獨特的結構而具有優異的特性，被稱為「工業維生素」。上世紀九十年代，稀土開始被用於鋅鍍層的表面化學處理，不僅可以增強鋼板鍍鋅層的耐蝕性，而且還能避免傳統六價鉻化學處理所導致的環境問題。稀土中鈰鹽因價格、性能等因素而廣受歡迎。在酸性的電鍍鋅溶液中加入稀土鈰鹽，採用直流電沉積的方法，獲得含鈰的鋅鍍層，使得鋅鍍層的稀土改性更加的方便快捷，且微量鈰的存在對鋅鍍層的耐蝕性能有了明顯的改
口 oLokhande等人首次報導了從水溶液中直接電沉積La和Sm薄膜的研究結果,討論了不同配體和基體對La的析出電位的影響。在酸性介質中選用了草酸、EDTA和檸檬酸鈉作配體。採用恆電位法在不同基體上(銅、黃銅、不鏽鋼、鈦、IT0)測量了鑭電沉積時的極化曲線。實驗結果表明，在不加配體的電解液中，基體上(除ITO外)的氫析出電位約為-I. OV (相對SCE)，而E° La3+=-2.52V，故鑭析出受到氫析出的幹擾La無法電沉積出來。當鍍液中加入配體後，銅、黃銅、不鏽鋼陰極上在-0. 7 -0. 8V(相對SCE)就開始有La的還原電流，而氫析出電位約為-I. 2V,因而能夠排除氫析出的幹擾，使La+能從水溶液中電沉積出La來。上世紀九十年代，國內的李士嘉等人開始在普通鍍鋅溶液中添加稀土化合物，把微量稀土引入鋅鍍層，研究稀土的沉積狀態及鍍層性能。隨後，以鈰為代表，在氯化鉀鍍液中添加0. I 0. 2 g/L的鈰鹽，測試了鈰在鍍層中的含量，研究了鈰對鋅鍍層耐蝕性的影響。結果表明在實際的光亮氯化鉀鍍鋅電解液中，隨著鍍液中鈰鹽濃度的增加，鍍層中鈰的含量也在增加。鈰的存在，能夠有效地提高鋅鍍層的耐蝕性，提高的最大程度約35%。當鍍層中鈰含量在10ppm-20ppm之間時，鍍層有較高的抗蝕性，超過此值時，鍍層抗蝕性反而下降。褚德威等人研究了鹼性鋅酸鹽體系電鍍Zn體系中，採用合適的鈰鹽絡合劑和電鍍添加劑，確定了電鍍Zn-Ce合金的工藝條件。採用XRD分析方法推斷出鍍層中Ce的存在。當鍍液中的Ce2(SO4)3的含量為lg/L時，比較了 Zn-Ce合金鍍層與純Zn鍍層在NaCl溶液中的耐蝕性，發現Zn-Ce合金鍍層的耐蝕性是相同厚度純鋅鍍層的3倍以上。目前，有關稀土被引入鋅鍍層中的研究及文獻介紹還很少，在酸性硫酸鹽鍍鋅體系中的應用並無涉及。主要面臨的問題是稀土的平衡電位遠遠負於鋅和氫的析出電位，使得稀土在鋅鍍層中的製備較為困難；不同溶液中絡合劑對稀土的沉積作用並不完全相同，需要進行更進一步的研究。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種含鈰鋅鍍層的製備方法，是一種在酸性硫酸鹽溶液中直流電沉積製備含鈰鋅鍍層的方法。為達到上述目的，本發明採用如下技術方案
本發明是一種含鈰鋅鍍層的製備方法，其特徵在於具有以下的製備過程和工藝條件
a.配製被鍍覆離子的硫酸鹽溶液，其中硫酸鋅的濃度為5(T300g/L，硫酸亞鈰的濃度為 0.2 4g/L ；
b.向上述硫酸鹽溶液中加入稀土絡合劑檸檬酸鈉，濃度為5飛Og/L;再加入次亞磷酸鈉，濃度為5飛Og/L ;採用稀硫酸調節鍍液的pH值為廣4 ;鍍液的溫度控制為15飛(TC ；
c.採用直流電沉積的方法進行電鍍；在盛有上述鍍液的電鍍槽中，以被鍍材料碳鋼為陰極，以鉬片為陽極，通入直流電流，電流密度為0. 6^4A/cm2,電鍍時間為f6min ;最終製得的鍍層中稀土鈰的含量為0. 05、. 3wt%。與現有技術相比，本發明的特點如下
(I)採用酸性硫酸鹽體系，不添加其它導電鹽，電流效率高，鍍液維護容易；(2)鍍液中加入絡合劑檸檬酸鈉，與鈰形成了絡合陽離子，改變了鈰的陰極極化行為，使鈰的析出成為可能；(3)鍍液中加入次亞磷酸鈉，提供電負性較強的磷元素，促進鈰的沉積(4)含有鈰鋅鍍層的耐蝕性能得到非常明顯的提高。
圖I為含鈰鋅鍍層的掃描形貌 圖2為含鈰鋅鍍層表面微區的EDS譜圖。
具體實施例方式現將本發明的具體實施例敘述於後。實施例I
本實施例中的製備過程和步驟如下a.首先配製被鍍覆離子的硫酸鹽溶液，將60g的結晶硫酸鋅和2g的硫酸亞鈰溶於蒸餾水中配製成IL的鍍液。b.然後加入20g的檸檬酸鈉和20g的次亞磷酸鈉，進行完全溶解；加入稀硫酸調節PH值為2，鍍液溫度控制為55 °C。c.採用直流電鍍方法進行電沉積；在盛有上述硫酸鹽鍍液的電鍍槽中，以被鍍材料鋼板為陰極，以鉬片為陽極，通入0. 6A/cm2的直流電流，電鍍2min ;最終AES測得鍍層中的Ce含量為0. lwt%。、
實施例2
本實施例中的製備過程和步驟如下
a.首先配製被鍍覆離子的硫酸鹽溶液，將IOOg的結晶硫酸鋅和2g的硫酸亞鈰溶於蒸餾水中配製成IL的鍍液。b.然後加入20g的檸檬酸鈉和20g的次亞磷酸鈉，進行完全溶解；加入稀硫酸調節PH值為2，鍍液溫度控制為55 °C。c.採用直流電鍍方法進行電沉積；在盛有上述硫酸鹽鍍液的電鍍槽中，以被鍍材料鋼板為陰極，以鉬片為陽極，通入lA/cm2的直流電流，電鍍2min ;最終AES測得鍍層中的Ce 含量為 0. 065wt%。實施例3
本實施例中的製備過程和步驟如下
a.首先配製被鍍覆離子的硫酸鹽溶液，將350g的結晶硫酸鋅和2g的硫酸亞鈰溶於蒸餾水中配製成IL的鍍液。b.然後加入30g的檸檬酸鈉和30g的次亞磷酸鈉，進行完全溶解；加入稀硫酸調節PH值為2，鍍液溫度控制為25 °C。c.採用直流電鍍方法進行電沉積；在盛有上述硫酸鹽鍍液的電鍍槽中，以被鍍材料鋼板為陰極，以鉬片為陽極，通入2A/cm2的直流電流，電鍍2min ;最終AES測得鍍層中的Ce 含量為 0. 05wt%o
權利要求
1.一種含鈰鋅鍍層的製備方法，其特徵在於，具有以下步驟 a.配製被鍍覆離子的硫酸鹽溶液，其中硫酸鋅的濃度為5(T300g/L，硫酸亞鈰的濃度為 0.2 4g/L ； b.向上述硫酸鹽溶液中加入稀土絡合劑檸檬酸鈉，濃度為5飛Og/L;再加入次亞磷酸鈉，濃度為5飛Og/L ;採用稀硫酸調節鍍液的pH值為廣4 ;鍍液的溫度控制為15飛(TC ； c.採用直流電沉積的方法進行電鍍；在盛有上述鍍液的電鍍槽中，以被鍍材料碳鋼為陰極，以鉬片為陽極，通入直流電流，電流密度為0. 6^4A/cm2,電鍍時間為f 6min ;最終製得的鍍層中稀土鈰的含量為0. 05、. 3wt%。
全文摘要
本發明公開了一種含鈰鋅鍍層的製備方法，主要步驟為(1)配製被鍍覆離子的硫酸鹽鍍液，其中硫酸鋅的濃度為50~300g/L，硫酸亞鈰的濃度為0.2~4g/L；並加入稀土絡合劑檸檬酸鈉5~60g/L，加入次亞磷酸鈉5~60g/L；採用稀硫酸調節鍍液的pH值為1~4；鍍液的溫度控制為15~60℃。(2)採用直流電沉積的方法進行電鍍；在盛有上述鍍液的電鍍槽中，以被鍍材料碳鋼為陰極，以鉑片為陽極，通入直流電流，電流密度為0.6~4A/cm2，電鍍時間為1~6min；最終製得的鍍層中鈰的含量為0.05~0.3wt%。本方法針對直流電沉積鋅鍍層的硫酸鹽體系，採用檸檬酸鈉和次亞磷酸鈉作為促進鈰沉積的物質，能夠改善鈰沉積時的陰極極化行為，最終得到含有微量鈰的鋅鍍層，使鍍層的耐蝕性能得到明顯提高。
文檔編號C25D3/56GK102719864SQ20121021638
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者李謀成, 王士棟, 鄔明鈺 申請人:上海大學