CN102383155A

CN102383155A - 一种锌镍合金电解液及其镀层的制备方法

Info

Publication number: CN102383155A
Application number: CN2011103625025A
Authority: CN
Inventors: 林志峰; 李相波; 许立坤
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明涉及一种锌镍合金电解液及其镀层的制备方法。电解液组成为：氯化锌15～50g/L，六水氯化镍20～90g/L，氯化铵50～80g/L，硼酸5～15g/L，盐酸3～9g/L，正硅酸乙酯5～20g/L；将除添加剂正硅酸乙酯之外的物质用蒸馏水配制，然后在配好的溶液中加入5～20g/L正硅酸乙酯，磁力搅拌10-40min，使添加剂充分水解，水解温度为40℃，水解完成后降至室温；将基体材料预处理后放入电解液中，并在搅拌下以恒定电流进行电沉积；以碳钢为阴极，铂铌丝电极为阳极，饱和甘汞电极为参比电极，经过10～40min电解即在碳钢基体表面沉积得到锌镍合金镀层。本发明方法制备的电解液能明显提高锌镍镀层的耐蚀性，延长镀层使用寿命。工艺简单，成本低廉，操作方便，制备的锌镍合金镀层可应用于金属材料表面处理等领域。

Description

一种锌镍合金电解液及其镀层的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种锌镍合金电解液及其镀层的制备方法，该电解液及镀层适用于钢铁零部件及其他金属材料表面防腐、防磨保护等，属钢铁零部件及金属材料表面处理技术领域。

背景技术：

钢铁材料是机械零部件常用的材料之一，但其耐蚀性较差限制了其使用。为了提高钢铁材料的耐腐蚀性，常在其表面通过电沉积技术制备一层保护性镀层。锌镀层是常见的镀层之一，其具有良好的耐蚀及装饰性。锌基镀层在表面镀层工业应用十分广泛。其缺点在于锌比较活泼，其较高的腐蚀速率需要更高的厚度以达到腐蚀防护的需要。此外，锌腐蚀后产生大体积的腐蚀产物能够引起锌与基体金属的分离同时可能使材料产生氢脆。

越来越多的电沉积制锌研究关注于锌合金镀层，即含有少量其他元素的合金，如锰、铁和镍等。当在锌镀层中添加其他元素之后，其腐蚀速率和腐蚀电位均会发生变化，合金对钢铁材料仍具有阳极保护作用，但其腐蚀速率更低。研究表明当锌镍镀层中镍的含量在12-15wt％时，其耐蚀性最好。当镍的含量更低时，镀层腐蚀速率更高；而当镍的含量更高时，镀层将会失去阳极保护作用，其对基体材料的保护只限于阻挡保护作用。

锌镍电解液常用的添加剂有很多，如表面活性剂、酰胺类物质等。这些添加剂能够改善镀层结晶致密度，改善电解液分散能力和覆盖能力，从而获得性能优越的镀层。但这些添加剂往往存在功能单一的缺点，如表面活性剂能够使晶粒细化等。因此常见的电解液中多选用一种或几种添加剂来更好地改善镀层性能，如中国专利申请200910094368.8(张英杰等)，一种锌镍合金电解液中选用平平加、糖精和十二烷基磺酸钠等一种或几种进行组合以获得稳定镀层；OMI国际公司和荏原-乌迪莱特株式会社申请的中国专利，公开号CN87103500，锌-镍合金电解液及方法，选用酰胺类物质、糖精钠等来获得稳定的镀层，多种物质的添加使得溶液成分比较复杂。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，更好地提高锌镍合金的耐蚀性和简化溶液组成，提供一种锌镍合金电解液及其镀层的制备方法。

为了实现上述发明目的，在本电解液中除了常用的用来电沉积锌镍合金的物质-锌盐、镍盐、铵盐等物质外，主要采用了另一种添加剂-正硅酸乙酯，其在电解液中主要有两种作用：正硅酸乙酯能够在溶液中水解生成硅酸和乙醇，硅酸间存在的氢键能够抑制溶液中氢离子得电子，从而抑制氢气生成而使得镀层更加均匀；同时，硅酸在电极表面生成少量的二氧化硅，能够起到调节镀层组分，改善镀层耐蚀性作用。正硅酸乙酯的加入能够明显提高镀层的耐蚀性。

本发明的锌镍合金电解液包含作为锌源及镍源的氯化锌和氯化镍、导电盐氯化铵、缓冲剂硼酸以及盐酸和添加剂正硅酸乙酯，具体组成为：氯化锌15～50g/L，六水氯化镍20～90g/L，氯化铵50～80g/L，硼酸5～15g/L，盐酸3～9g/L，正硅酸乙酯5～20g/L。

该电解液的配制方法为：将除添加剂正硅酸乙酯之外的上述物质按照所需浓度用蒸馏水配制，然后在配好的溶液中加入5～20g/L正硅酸乙酯，并在磁力搅拌器搅拌下以1000r min^-1左右的搅速搅拌10-40min，使添加剂充分水解，水解温度为40℃，水解完成后使电解液温度降至室温后备用。

该钢铁材料表面制备锌镍合金镀层的方法为：将基体材料进行砂纸打磨、依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗后放入电解液中，并在磁力搅拌器搅拌下以恒定电流进行电沉积；电解液包含作为锌源及镍源的氯化锌和氯化镍、导电盐氯化铵、缓冲剂硼酸以及盐酸和添加剂正硅酸乙酯，具体组成为：氯化锌15～50g/L，六水氯化镍20～90g/L，氯化铵50～80g/L，硼酸5～15g/L，盐酸3～9g/L，正硅酸乙酯5～20g/L。

电解液pH值为3～4，采用的电流为10～40mA cm^-2，电解时间为10～40min，电解液温度为室温；以碳钢为阴极，铂铌丝电极为阳极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。

电解液中各组分的含量、pH、电流密度、电解时间及温度等参数可根据所需镀层厚度、硬度、耐蚀性等在给定范围内选择。

本发明方法制备的锌镍合金电解液能够明显提高锌镍镀层的耐蚀性，延长了镀层使用寿命。本制备方法工艺简单，成本低廉，操作方便，重现性好且无需大型昂贵设备。所制备的锌镍合金镀层可应用于金属材料表面处理等领域。

附图说明：

图1为未添加正硅酸乙酯和添加正硅酸乙酯的锌镍合金的阳极极化曲线图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明方法做进一步阐述。

实施例1、

1)碳钢基体的处理：本发明中使用的基体材料为Q235碳钢，将碳钢制成直径为5mm，长度为5mm的圆柱体电极，并用环氧树脂进行封装，测试用的表面积约为0.196cm²。首先将碳钢基体用1200目SiC砂纸进行打磨，直到露出新鲜表面，然后依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗表面5min后待用；

2)电解液的配制：以含正硅酸乙酯、氯化锌和氯化镍等物质的溶液为电解液，各组分浓度如表1所示：

表1电解液组成

电解液配制时，首先将除添加剂正硅酸乙酯之外的物质按照所需用量用蒸馏水配制，然后在配好的溶液中加入10g/L的正硅酸乙酯，将电解液用磁力搅拌器在1000r min^-1左右的搅速下搅拌20min使正硅酸乙酯充分水解，在搅拌过程中电解液温度用恒温水浴保持在40℃，水解完成后使电解液温度降至室温后备用。

3)锌镍复合镀层的制备：以碳钢为阴极，铂铌丝电极为阳极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，采用阴极电沉积(仪器为电脑控制的电化学2273工作站)技术在碳钢基体表面沉积锌镍合金镀层，电解液pH值为3.7，电流密度为20mA cm^-2，沉积时间为20min，即得到厚度为10μm左右的锌镍镀层。

4)锌镍镀层耐蚀性测试：以3.5wt％NaCl溶液为工作介质，带锌镍镀层的碳钢为工作电极，铂铌丝电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，经过约一小时浸泡使其开路电位稳定，然后测定工作电极的阳极极化曲线(仪器为电脑控制的电化学2273工作站)，未添加正硅酸乙酯(a)和添加正硅酸乙酯(b)制备的锌镍镀层的阳极极化曲线见图1，从图1可以看出，添加正硅酸乙酯后，锌镍合金的阳极电流明显减小，说明镀层的耐蚀性明显增强。

实施例2、

1)将碳钢基体用SiC砂纸打磨后，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗5min后待用；

2)电解液的配制：以含正硅酸乙酯、氯化锌和氯化镍等物质的溶液为电解液，各组分浓度如表2所示：

表2电解液组成

电解液配制时，首先将除添加剂正硅酸乙酯之外的物质按照所需用量用蒸馏水配制，然后在配好的溶液中加入5g/L的正硅酸乙酯，将电解液用磁力搅拌器在1000r min^-1左右的搅速下搅拌30min使正硅酸乙酯充分水解，在搅拌过程中电解液温度用恒温水浴保持在40℃，水解完成后使电解液温度降至室温后备用。

3)锌镍复合镀层的制备：以碳钢为阴极，铂铌丝电极为阳极，采用阴极电沉积(仪器为电脑控制的电化学工作站)，在碳钢基体表面沉积锌镍镀层，电解液pH值为4，电流密度为10mA cm^-2/(SCE)，沉积时间为40min，即得到厚度为10μm左右的锌镍镀层。

实施例3、

2)电解液的配制：以含正硅酸乙酯、氯化锌和氯化镍等物质的溶液为电解液，各组分浓度如表3所示：

表3电解液组成

电解液配制时，首先将除添加剂正硅酸乙酯之外的物质按照所需用量用蒸馏水配制，然后在配好的溶液中加入20g/L的正硅酸乙酯，将电解液用磁力搅拌器在1000r min^-1左右的搅速下搅拌40min使正硅酸乙酯充分水解，在搅拌过程中电解液温度用恒温水浴保持在40℃，水解完成后使电解液温度降至室温后备用。

3)锌镍复合镀层的制备：以碳钢为阴极，铂铌丝电极为阳极，采用阴极电沉积(仪器为电脑控制的电化学工作站)，在碳钢基体表面沉积锌镍镀层，电解液pH值为3，电流密度为40mA cm^-2/(SCE)，沉积时间为10min，即得到厚度为10μm左右的锌镍镀层。

Claims

1.一种锌镍合金电解液的制备方法，其特征在于电解液具体组成为：氯化锌15～50g/L，六水氯化镍20～90g/L，氯化铵50～80g/L，硼酸5～15g/L，盐酸3～9g/L，正硅酸乙酯5～20g/L；将除添加剂正硅酸乙酯之外的上述物质用蒸馏水配制，然后在配好的溶液中加入5～20g/L正硅酸乙酯，并在磁力搅拌器搅拌下以1000r min^-1的搅速搅拌10-40min，使添加剂充分水解，水解温度为40℃，水解完成后使电解液温度降至室温。

2.一种锌镍合金镀层的制备方法，其特征在于将基体材料进行砂纸打磨、依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗后放入电解液中，并在磁力搅拌器搅拌下以恒定电流进行电沉积；电解液具体组成为：氯化锌15～50g/L，六水氯化镍20～90g/L，氯化铵50～80g/L，硼酸5～15g/L，盐酸3～9g/L，正硅酸乙酯5～20g/L；电解液pH值为3～4，采用的电流为10～40mAcm^-2，电解时间为10～40min，电解液温度为室温；以碳钢为阴极，铂铌丝电极为阳极，饱和甘汞电极为参比电极，即在碳钢基体表面沉积得到锌镍合金镀层。