納米多層鋅薄膜的電鍍制備方法技術

一種納米多層鋅薄膜的電鍍制備方法，其特征在于電鍍液由主鹽硫酸鋅５０～２００ｇ／Ｌ、導電鹽硫酸鈉５０～１５０ｇ／Ｌ、緩沖劑１０～３０ｇ／Ｌ及水構成，采用稀硫酸或者氫氧化鈉將鍍液酸度ＰＨ值控制在４．５～５．５之間，首先將主鹽硫酸鋅、導電鹽硫酸鈉及緩沖劑分別溶解于水中，再以稀硫酸或者氫氧化鈉調整緩沖劑溶液到設定的酸度，然后將主鹽和導電鹽溶液在攪拌的條件下混合，再次調整酸度到設定值，電鍍時以純鋅板作陽極，待鍍工件作陰極，控制陰極電流密度為０．５～１０Ａ·ｄｍ↑［－２］，電鍍時間為１０～６０分鐘，工作溫度為１５～４０℃，即可電鍍得到納米多層鋅鍍層，單層厚度在１０到１００納米之間。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
?納米多層鋅薄膜的電鍍制備方法
：本專利技術涉及一種納米多層鋅薄膜的電鍍制備方法，可以在室溫條件下無任何添加劑工作，能夠得到層狀納米鍍鋅層，主要應用于金屬零部件的抗腐蝕保護，屬于材料保護和化學工程

技術介紹
：多年以來，鍍鋅層是普通鋼材的主要表面防護手段之一，其中汽車鋼材，特別是鋼板，大都采用鍍鋅保護技術抗腐蝕。鋼材的腐蝕不僅造成材料、能源的巨大浪費，而且帶來環境的污染和各種災害性事故交通事故的發生，因此，追求更高抗腐蝕能力一直是材料保護人員努力的目標，各種鍍鋅工藝技術得到充分重視，不但有電鍍鋅，還有熱鍍鋅；不但有純鋅鍍層，還有各種鋅合金鍍層，另外還有多種鍍鋅后處理工藝用于確保鍍鋅層耐腐蝕能力滿足不斷提高的使用要求。納米材料由于其結構尺度在納米量級，物質的量子尺寸效應和界面效應等對材料性能產生重要影響，往往會產生許多非同尋常的獨特現象，賦予納米材料獨特的功能。對納米材料腐蝕行為的研究，直到上個世紀八十年代末才引起人們的注意(J?Electrochem?Soc，1998：2162-2170)。在大部分納米材料因比表面積增大而抗腐蝕能力下降的同時，也發現部分納米材料具有優異的抗腐蝕性能。其中，一定條件下得到的納米電鍍鋅層就是耐腐蝕性因納米化得到提高的一種，所以，鍍鋅層納米化被認為是對鋼板表面鍍鋅層進行特征性狀改良的重要技術途徑之一。H.Yan(J.Electrochem.Soc.，1996，Vol.143，No.5：1577-1583)采用簡單硫酸鹽鍍鋅體系獲得了納米鍍鋅層，并發現合金化可以進一步增加鍍層抗腐蝕能力。但是，他所得到的納米鍍層是鋅和氧化鋅的復合納米多層膜，顯示電鍍并不僅僅是金屬電沉積，尤其復雜和困難的是，電沉積過程伴隨著鍍-->液酸度的較快變化，需要經常調整以保持酸度穩定，否則便會偏離納米膜沉積的適宜工作范圍。這樣的工作條件無論如何也難以勝任鋼鐵工業大規模生產的要求，所以，影響了該技術的推廣應用。喻敬賢等(高等學校化學學報，1999，20(1)：107～110)采用氯化鉀光亮鍍鋅溶液體系，通過調整光亮添加劑的方法也獲得納米電鍍鋅層。其原理與普通光亮鍍鋅相似，只是對晶粒生長的干預力度更強，從而使晶粒尺度降低到納米尺度，因此，所得到的納米鍍鋅層脆性大，延展性差，機械強度也較差，結構缺陷明顯高于普通鍍鋅層，失去了納米化改性的價值。
技術實現思路
：本專利技術的目的在于針對現有技術存在的不足，提出一種納米多層鋅薄膜的電鍍制備方法，降低鍍液的運行維護難度，穩定獲得均勻、細致的納米鍍鋅層，提高鍍層的抗腐蝕性。為實現這樣的目的，本專利技術的方法中，采用了一種高穩定性電鍍鋅溶液體系，電鍍液由主鹽硫酸鋅50～200g/L、導電鹽硫酸鈉50～150g/L、緩沖劑及水構成，采用5～10％稀硫酸或者氫氧化鈉將鍍液酸度PH值控制在4.5～5.5之間，最好在4.7～5.3。其中緩沖劑可以在電鍍過程中穩定鍍液酸度，采用醋酸、醋酸鈉、丙酸、丙酸鈉、丁酸、丁酸鈉、丁二酸等，含量在10～30g/L之間。配制電鍍液時，首先將主鹽硫酸鋅、導電鹽硫酸鈉及緩沖劑分別溶解于水中，再以稀硫酸或者氫氧化鈉調整緩沖劑溶液到設定的酸度，然后將主鹽和導電鹽溶液在攪拌的條件下混合，再次調整酸度到設定值。電鍍時，以純鋅板作陽極，待鍍工件作陰極，控制陰極電流密度為0.5～10A·dm-2，電鍍時間為10～30分鐘，工作溫度為15～40℃，最佳為25～30℃，即可電鍍得到納米多層鋅鍍層。硫酸鋅是電鍍液中的主鹽，其含量在50～200g/L之間，主鹽的濃度影響納米鍍膜的單層厚度；同樣條件下，主鹽濃度越高，單層厚度越大，濃度大于200g/L，無論采取什么措施，均難以穩定獲得納米單層；濃度趨低雖然有利于控制納米鍍層厚度，但是，太低會使電流效率顯著下降，難以實現高工作效率。硫酸鈉是導電鹽，用以提高溶液的導電率，含量為50～100g/L。-->緩沖劑起到在電鍍過程中穩定鍍液pH值的作用，它應該能夠使鍍液pH值在4.5～5.5之間穩定性增加。選擇緩沖劑的參考條件有兩個方面，首先緩沖能力在上述酸度區間最強，其次所含離子與鋅離子絡合能力較低，以盡量降低緩沖劑對電沉積過程的干擾。如丙酸，丙酸鈉，丁酸，丁酸鈉、醋酸、醋酸鈉、丁二酸等，其中之一種都可以勝任，含量在10～30g/L之間。根據緩沖劑的品種，選擇采用稀硫酸或稀氫氧化鈉溶液調整鍍液到合適的工作酸度區間。由上述各組分分別溶解后按照適當順序混合所構成的電鍍液可以在室溫下方便地使用，正常工作的溫度范圍在15～40℃之間，最好為25～30℃，溫度低于10℃金屬鹽容易結晶析出，溫度偏高則鍍層變粗糙。上述鍍液需要在攪拌條件下工作，如磁力旋轉攪拌、液體流動攪拌等均可，攪拌的效果可以影響鍍層的表觀形貌，強烈的攪拌能夠使電鍍電流密度的上限提高，提高電流效率。在上述電鍍條件下進行電沉積的基體可以是鋼板，鋼絲等鋼材，也可以是其它任何鋼結構件，或者其它不與鍍液發生化學反應的金屬。在進行電沉積前對基體進行常規的前處理可以提高鍍層結合力。由于不含腐蝕性強的氯離子、氨離子等成分，所以，該鍍液對電鍍設備的腐蝕性較低，表現溫和。上述電沉積獲得的納米鍍鋅層，可以像常規鍍鋅層一樣進行的后續處理。本專利技術的電沉積體系中，由于不含消耗性有機添加劑，與光亮鍍鋅相比，成分控制變得容易，鍍液需要定期凈化的間隔時間可以延長，從而使生產成本降低，同時降低廢液處理成本。本專利技術的納米鍍鋅技術可以在金屬基體上獲得層狀納米鍍鋅層，單層厚度在10到100納米之間可以適當調控，隨主鹽濃度增大而增加。鍍層細致，外觀呈現銀白色略帶暗灰的金屬光澤。高倍電子顯微鏡觀察可以發現鍍層是均勻的單一納米多層鋅薄膜。鹽霧試驗結果表明，本專利技術方法制備的納米鍍鋅層與常規鍍鋅相比，抗腐-->蝕能力顯著提高。本專利技術的納米鍍鋅方法鍍液溫和，腐蝕性低，穩定性高，在沒有任何其它添加劑的條件下工作，無需頻繁調整鍍液，就可以獲得均勻致密的納米多層膜。鍍層抗腐蝕能力顯著增強，電鍍條件容易控制，生產成本和廢液處理成本得到降低。具體實施方式：下面通過具體的實施例進一步說明本專利技術的技術方案以及本專利技術的鍍層體現的優異性能。實施例1鍍液組成：硫酸鋅50/L，硫酸鈉50g/L，醋酸鈉10g/L，用5％稀硫酸首先調整醋酸鈉溶液pH值為4.5，然后分別加入其它組份的溶液，混合均勻，鍍液工作溫度20℃，磁力旋轉攪拌。陰極：10cm×10cm的冷軋低碳鋼板，厚度為1mm，經過堿洗和酸洗處理。陽極：純鋅板20cm×20cm電鍍條件：陰極電流密度0.5A·dm-2，時間15分鐘。鍍后經蒸餾水沖洗，并自然干燥。效果：鍍層外觀呈現銀白色光澤，細致平整，在場發射電鏡下觀察鍍層的微觀形貌，可以看到排列緊密的層狀結構，單層厚度約40納米，厚度接近。將納米鍍鋅鋼板與普通鍍鋅鋼板作對比，按照國家標準進行中性鹽霧試驗，結果表明，納米鍍層抗鹽霧腐蝕能力提高一倍以上。實施例2.鍍液組成：硫酸鋅124g/L，硫酸鈉75g/L，醋酸鈉20g/L，采取同實施例1相同的方法，調整pH值為5.0，鍍液工作溫度25℃，磁力旋轉攪拌。陰極：10cm×10cm的冷軋低碳鋼板，厚度為1mm，經過堿洗和酸洗處理。陽極：純鋅板20cm×20cm電鍍條件本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種納米多層鋅薄膜的電鍍制備方法，其特征在于電鍍液由主鹽硫酸鋅50～200g/L、導電鹽硫酸鈉50～150g/L、緩沖劑10～30g/L及水構成，采用稀硫酸或者氫氧化鈉將鍍液酸度PH值控制在4.5～5.5之間，首先將主鹽硫酸鋅、導電鹽硫酸鈉及緩沖劑分別溶解于水中，再以稀硫酸或者氫氧化鈉調整緩沖劑溶液到設定的酸度，然后將主鹽和導電鹽溶液在攪拌的條件下混合，再次調整酸度到設定值，電鍍時以純鋅板作陽極，待鍍工件作陰極，控制陰極電流密...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹瑩，丁桂甫，姚錦元，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：