锌酸盐体系ZnFe合金电镀阴极电流效率的研究

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1、锌酸盐体系Zn-Fe合金电镀阴极电流效率的研究王云燕，彭文杰(中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙410083)[摘要」对碱性锌酸盐体系电镀Zn-Fe合金阴极电流效率的影响因素进行了系统的研究，并分析了镀层中食铁原子的引入对Zn-Fe合金电镀阴极电流效率的影响原因及合金镀层中铁含量与阴极电流效率的关系，以期通过控为制镀液组成及工艺条件在一定程度上提高阴极电流效率。增加电镀液中锌铁离子总摩尔浓度，提高镀液中锌铁离子瓷勺摩尔比，降低铁离子浓度，适当控制阴极电流密度，升高镀液温度均可提高锌铁合金电沉积的阴极电流效率。添加剂受ZFA的加入使Zn-Fe合金电镀的阴极电流效率降低。合金镀层中引入Fe明显降

2、低了电沉积的阴极电流效率，镀层中龟的Fe含量从0升高至0.73，合金电沉积的阴极电流效率却从79.48%降低至68.23%。这是由于碱性溶液中，氢气唆在金属Fe上析出的过电势明显小于在金属Zn上的过电势，使析氢容易进行引起的。〔关键词〕锌酸盐体系;Zn-Fe合金电镀;阴极电流效率嚼[中图分类号]TQ153.2[文献标识码〕A[文章编号]1001一1560(2004)05一(0016-03健馒2.1浓度对电镀Zn阴极电流效率的影响0前言令为了考察镀层中铁离子的引人对电镀Zn阴极电流效率咦目前，在钢铁基体上广泛使用的防护性镀层主要是镀的影响，研究了不含添加剂ZFA、镀液中含有不同浓度的铁锌层，占总

3、电镀的60%左右，其中氰化镀锌占20%,氯化物离子时，Zn-Fe合金电沉积的阴极电流效率及合金镀层中的镀锌占50%，碱性锌酸盐镀锌占30。由此可见，氯化物吮Fe含量，其结果见图1。由图可以看出，随着镀液中铁离子.c镀锌和碱性锌酸盐镀锌是未来镀锌工艺的主要发展方向。浓度的增加，Zn-Fe合金镀层中的Fe含量逐渐升高，而合金之相对于氯化物体系而言，碱性锌酸盐镀液成分简单、分散能卜电沉积的阴极电流效率却不断降低。铁离子浓度从0增加阶力和覆盖能力好，适用于镀复杂零件，对设备无腐蚀性，成.1至1.60扩L，镀层中的Fe含量从0升高至0.73，而合金电()本低廉，但其阴极电流效率(文献报道为50%一80，

4、一般A沉积的阴极电流效率却从79.48%降低至68.23。由此可寸为65%左右)明显低于弱酸性氯化物体系(95%以上)，是见，铁离子的引人降低了金属电沉积的阴极电流效率，且随00限制其发展及推广应用的主要原因[’一’〕。为提高镀层的耐闪着镀层中Fe含量的增大，电流效率逐步降低。9010.卜蚀性而引人少量的铁，但是在电镀液中加人铁离子及其配岁州界0~8层位体后，Zn-Fe合金电镀的阴极电流效率比纯Zn电镀的电~80电流效率啊锌0如6麟流效率又会进一步降低[“〕。目前，文献中鲜见有关提高碱瑕700。肠4却于,胜锌酸盐体系Zn-Fe合金电镀阴极电流效率的报道。因彩印0迎2盔粼此，采用适当的措施提高Z

5、n-Fe合金电镀的阴极电流效率0501可促使其进一步推广应用，具有十分重要的意义。-0.3200.320.640.961.281.601.92铁离子浓度/(9·L，)1试验方法图1铁离子浓度对阴极电流效率及镀层中Fe含量的影响在自制的电镀槽中，采用纯铜片作为阴极(与在钢铁基18岁LZnO180岁LNaOH观位体ZFC30mUL电流密度2A/dMZ温度25℃时间30min体上电镀相同，但考虑到铜片的前处理方便，故选用纯铜片作阴极)，背面用AB胶封住，阳极为纯锌板。电镀时，采用2.2降低镀Zn电流效率的理论分析恒电流方法，电流由DZZ-4型电镀整流器供给。合金镀液在许多电极上氢的析出都伴随着较大的

6、超电势，而且是分析纯试剂，用蒸馏水配制。电镀前，镀件采用与镀锌相超电势与电流密度之间服从Tafel关系:同的常规方法[’〕作镀前处理。阴极电流效率是电镀过程中71k=a+blgl(1)通过电流的有效利用率，本研究采用铜库仑计「8〕进行测量。在大多数金属的纯净表面上，上式中的经验常数b镀层中的Fe含量采用721型分光光度计测量，以质量分数(Tafel斜率)具有几乎比较接近的数值(100一140mV)，表表示。示电极表面电场对氢析出反应的活化效应大致相同。公式中的经验常数a的物理意义是当电流密度为1A/c衬时超2铁离子对电镀Zn阴极电流效率的影响电势的数值，同电极材料、电极表面状态、溶液组成及温度

7、有关。在不同材料制成的电极上，a的数值可以很不相同，厂收稿日期12003一12-08表示不同电极表面对氢析出过程有着很不相同的“催化能16万方数据锌酸盐体系Zn-Fe合金电镀阴极电流效率的研究力”。按照a值的大小，可将常用电极材料分为3类:高超效率及镀层中Fe含量的影响。由图3可以看出，在锌铁离电势金属，中超电势金属，低超电势金属〔9,101。其中Zn属子总浓度不变的情况下，随着电镀液中锌铁离子摩