CN102644097A

CN102644097A - 在水溶液中电共沉积锌镁合金镀层的制备方法

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Publication number: CN102644097A
Application number: CN2012101535476A
Authority: CN
Inventors: 何美凤; 胡文彬; 汤广瑞; 李俊; 黄胜标; 唐成龙
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2012-08-22

Abstract

一种在水溶液中电共沉积锌镁合金镀层的制备方法，步骤是a.配制酸性镀液，将一定量的硫酸锌配制成浓度为100~350g/L的溶液，将一定量的硫酸镁配制成浓度为50~200g/L的溶液，用硫酸调节溶液的PH值为1~3；b.加入聚乙二醇作为表面活性剂，聚乙二醇的浓度为1~4g/L；c.加入络合剂，即加入酒石酸和亚次磷酸钠两者混合的络合剂，酒石酸的浓度为50g~200g/L，亚次磷酸钠的浓度为50~150g/L，d.用直流电镀的方法进行电沉积，最终得到电共沉积锌镁合金镀层，镀层中镁的含量在0.8~2.0wt%之间。本发明工艺稳定、易于操作，锌镁合金镀层其耐腐蚀能力要提高3~10倍。

Description

在水溶液中电共沉积锌镁合金镀层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属表面腐蚀防护技术领域，具体涉及一种在水溶液中电镀制备锌镁合金镀层的方法。

背景技术

冷轧电镀板是一种耐腐蚀的电镀产品，现有的大规模生产的冷轧电镀板主要有电镀锌板、电镀锌镍合金板等。由于此类产品有着外观美丽、镀层分布均匀、没有污点等优点被广泛应用在汽车、家电等行业。电镀产品相比较热镀产品：镀层薄、无锌花、具有良好的机械性能，易于加工、良好的涂装性，因此电镀产品有着很广泛的应用前景。

随着生产生活的进步，人们对于运输工具尤其是汽车表面的耐蚀性能提出了更高的要求。尤其在欧美等国家，由于长年路面积雪因素，需要用到融雪剂。大量融雪剂的使用，会对于汽车表面产生很大的腐蚀，需要开发更高更优质的金属镀层钢板。从目前我国的电镀产品需求来看，每年呈现出日益增加的趋势。但是由于技术、产量等限制，每年至少大约有50%左右的电镀用钢依然需要进口，高档用电镀板需求缺口更加明显。

在传统的电镀钢材中，一直以来都是以锌作为自牺牲阳极保护层对基体进行保护。电镀钢一般都在水溶液中利用高电流密度，快速连续的电镀进行生产。而目前电镀锌工艺已经相对比较成熟。随着现代工业和科学技术的不断发展，人们对于防护性镀层的要求也越来越高。一般来说提高镀层的耐蚀性可以通过提高镀层厚度来实现，但一味的增加厚度会导致成本不断上升和资源浪费，尤其是目前市场上锌的价格不断攀升。因此“薄镀层、高耐蚀”才是所研究的方向，锌基合金有着很好的发展前景。

从目前的相关报道来看，锌镁合金已成为已知耐蚀性最好的锌基合金镀层，据日本某钢铁企业利用真空镀法制造出的锌镁合金镀层钢板与传统电镀锌钢板相比，其耐蚀性提高了23倍。但目前制备锌镁合金的技术还是仅在于真空镀、物理气相沉积、熔融盐电沉积法等。这些方法相对于水溶液中电镀法成本无疑要提高很多。利用现有的设备，在水溶液中进行电沉积制备锌镁合金则可以大大降低成本。

Nakano.H等[Tetsu-to-Hagane,2004,vol.90(10):51-56]采用十八烷基二甲基苄基氯化铵为表面活性剂，用旋转圆盘电极得到了含镁量为0．4％的锌镁合金镀层，其耐腐蚀性能比普通镀锌层提高了5倍；镀层耐蚀性随镁含量的增大而提高。李谋成等[J-Solid-State-Electrochem,(2010)14:2235-2240]采用十八烷基二甲基苄基氯化铵和聚乙二醇作为表面活性剂，在水溶液中获得了0.46%的锌镁合金镀层。

由于镁的标准电极电位较负与锌的沉积电位相差较大加上镁是非常活泼的元素，因而很难在水溶液与锌形成共沉积。另外为了满足科研、生产的需要，要求在钢板表面能够快速反应形成均匀致密、满足耐蚀性要求的合金镀层，需要很大的电流密度，而电流密度过大则会导致烧焦，使得镀层易变黑、粉化，镀层光洁性降低、耐蚀性下降。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种在水溶液中电共沉积锌镁合金镀层的制备方法，以汽车用冷轧低碳钢作为阴极材料，通过电共沉积制备锌镁合金镀层。

本发明的技术解决方案如下：

一种在水溶液中电共沉积锌镁合金镀层的制备方法，其特点在于该方法包括如下步骤：

a.首先配制酸性镀液，将一定量的硫酸锌配制成浓度为100~350g/L的溶液，将一定量的硫酸镁配制成浓度为50~200g/L的溶液，用硫酸调节溶液的PH值为1~3；

b.加入聚乙二醇作为表面活性剂，聚乙二醇的浓度为1~4g/L；

c.加入络合剂，即加入酒石酸和亚次磷酸钠两者混合的络合剂，酒石酸的浓度为50g~200gL，亚次磷酸钠的浓度为50~150g/L，用浓硫酸调节镀液的PH值到1~2；

d.采用直流电镀的方法进行电沉积；在设有上述镀液的电镀槽中，用待镀的材料冷轧低碳钢板作为阴极，以铂电极作为阳极，通过直流电流，电流密度为0.5~2A/cm²，电镀时间为2~5分钟；电镀槽中镀液的温度为50~60℃；加搅拌器搅拌；最终得到电共沉积锌镁合金镀层，镀层中镁的含量在0.8~2.0wt%之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）能够在较短的时间内生成致密的合金化锌镁镀层。

（2）镀液中不含导电盐维护起来较为简单

（3）使用酒石酸作为络合剂，可以有效的降低锌的沉积速度，提高了镀层中镁的含量，同时使用亚次磷酸钠也可以提高镁的含量。

（4）通过极化曲线以及NSS实验测定制备的合金镀层，相比较传统的电镀锌钢板，耐蚀性能提高了3~10倍，大大提高了钢板的耐蚀性能。

（5）加入聚乙二醇可以大大提高的阴极表面的吸附性，抑制析氢反应，提高了电流效率。

(6)磷元素的引入使得镁元素的析出电位变正，可以使用较小的电流密度来形成共沉积。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例制备步骤如下：

a.配制酸性镀液：称取100g的七水合硫酸锌和50g的七水合硫酸镁，将其溶于蒸馏水当中，配制成1L的镀液。

b.在镀液中加入2.5g/L的聚乙二醇作为表面活性剂。

c.在镀液中加入50g/L的酒石酸和100g/L的亚次磷酸钠，然后用浓硫酸调节镀液的PH值到1。将镀液放置在60℃的水浴槽中。磁力搅拌。

d.采用直流电镀方法进行沉积；利用汽车用冷轧低碳钢板作为为阴极电镀材料，以铂电极为阳极，通入2A/cm²的直流电流；电镀2min；最终通过测量、换算得到0.878wt%镁的合金镀层。

实施例2

本实施例制备步骤如下：

a.配制酸性镀液：称取150g的七水合硫酸锌和100g的七水合硫酸镁，将其溶于蒸馏水当中，配制成1L的镀液。

b.在镀液中加入1g/L的聚乙二醇作为表面活性剂。

c.再在镀液中加入200g/L的酒石酸和500g/L的亚次磷酸钠，然后用浓硫酸调节镀液的PH值到1.5。将镀液放置在60℃的水浴槽中。磁力搅拌。

d.采用直流电镀方法进行沉积；利用钢板做为阴极电镀材料，以铂电极为阳极，通入0.5A/cm²的直流电流；电镀5min；最终通过测量、换算得到1.024wt%镁的合金镀层。

实施例3

本实施例制备步骤如下：

a.配制酸性镀液：称取350g的七水合硫酸锌和200g的七水合硫酸镁，将其溶于蒸馏水当中，配制成1L的镀液。

b.在镀液中加入4g/L的聚乙二醇作为表面活性剂。

c.在镀液中加入120g/L的酒石酸和100g/L的亚次磷酸钠，然后用浓硫酸调节镀液的PH值到2。将镀液放置在60℃的水浴槽中。磁力搅拌。

d.采用直流电镀方法进行沉积；利用汽车用冷轧低碳钢板作为为阴极电镀材料，以铂电极为阳极，通入1A/cm²的直流电流；电镀3.5min；最终通过测量、换算得到1.987wt%镁的合金镀层。

Claims

1.一种在水溶液中电共沉积锌镁合金镀层的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

b.加入聚乙二醇作为表面活性剂，聚乙二醇的浓度为1~4g/L；

c.加入络合剂，即加入酒石酸和亚次磷酸钠两者混合的络合剂，酒石酸的浓度为50g~200g/L，亚次磷酸钠的浓度为50~150g/L，用浓硫酸调节镀液的PH值到1~2；

d.用直流电镀的方法进行电沉积；在设有上述镀液的电镀槽中，用待镀的材料冷轧低碳钢板作为阴极，以铂电极作为阳极，通过直流电流，电流密度为0.5~2A/cm²，电镀时间为2~5分钟；电镀槽中镀液的温度为50~60℃；加搅拌器搅拌；最终得到电共沉积锌镁合金镀层，镀层中镁的含量在0.8~2.0wt%之间。