氯化鉀鍍鋅添加劑的電化學(xué)性能

第35卷第12期材料保護Vol.35 No. 122002年12月MATERIALS PROTECTIONDec. 2002氯化鉀鍍鋅添加劑的電化學(xué)性能蒲海麗洪榕高中平(廣州市二輕研究所廣東廣州510170 )[摘要]對BH-51氯化鉀鍍鋅添加劑及其主要成分的極化性能微分電容、整平性、反應電阻等進(jìn)行了初步研究結果表明氯化鉀鍍鋅添加劑可明顯加大陰極極化對鍍層具有整平性。[關(guān)鍵詞]氯化鉀鍍鋅 添加劑極化曲線(xiàn)微分電容整平性反應電阻[中圖分類(lèi)號] TQ153. 1[文獻標識碼]A[文章編號] 1001 - 1560 2002 )12- 0045 - 02Electrochemical Behavior of Additive for Potassium Chloride Zinc PlatingPU Hai-li , HONG Rong , GAO Zhong _ping( Institute of Guangzhou 2nd Light Industry , Guangzhou 510170 , China )Abstract : The polarization , differential capacitance , flttening capability and reaction resistance of BH 51 zineplating additive and its main components were all studied. Results showed that the additive could increase the cathodicpolarization and thus had flattening effect for zine plating.Key words : potassium chloride zinc plating ; additive ; polarization curve ; dfferential capacitance ; fattening ca-pability ; reaction resistance甘汞電極測定微分電容交流信號的頻率取10 Hz測定反應電阻1前言交流信號的頻率范圍為0.1 MHz~5.0Hz溫度26-~28 C ,pH 值無(wú)銨氯化物鍍鋅工藝具有環(huán)境污染小鍍層光亮度高沉積為5.5 開(kāi)路電位-1.044 V。速度快等特點(diǎn)因此在國內外被廣泛應用。目前我國氯化物鍍鋅(4)溶液配制采用分析純化學(xué)試劑、 去離子水配制?；A已超過(guò)全部鍍鋅的45%[1。近年來(lái)鍍鋅多用于裝飾性鍍層要液配方 :Kal 200 g/L 2nCl; 6H20 60 g/L HBO3 30g/L。微分電容求鍍層有較高的光亮度和整平性。因此研制了-種全光亮、低脆底液配方 :KCl 200 g/L HBO3 30 g/Lo性、低消耗的氯化鉀鍍鋅新工藝。本文著(zhù)重對其極化性能、整平3結果與討論性和吸附能力等進(jìn)行了初步的研究。3.1陰極極化2.試驗與其他過(guò)渡金屬相比,Zn/Zn2+電極的電化學(xué)反應速度常數2.1試驗儀器很大因此在鋅離子無(wú)添加劑的無(wú)銨氯化物鍍液中只能得到粗糙所用儀器包括:美國PARC公司MODEL370-8電化學(xué)系統及無(wú)光的鍍鋅層。要降低鋅的電沉積速度鍍出細致光亮的鍍層,M378電化學(xué)阻抗系統美國PINE公司旋轉圓盤(pán)電極裝置上海常 采用添加強配位體或有機添加劑的方法。新研制的BH-51氯辰華儀器公司電化學(xué)工作站?；涘冧\添加劑由載體光亮劑、輔助光亮劑和主光劑組成，可獲2.2試驗 條件得令人滿(mǎn)意的鍍鋅層。( 1)極化曲線(xiàn)參比電極為飽和甘 汞電極研究電極為鉑電載體光亮劑主要由表面活性劑組成在鍍液中主要起提高鍍極面積約為0.07 cn2 ,輔助電極為大面積鉑電極,掃描速度液的陰極極化 促進(jìn)主光劑在鍍液中均勻分布的作用。圖1為基20 mV/s溫度26~28 C。礎液中加入不同量載體光亮劑的陰極極化曲線(xiàn)。由圖1可知載(2)整平性研究電極、 輔助電極均為鉑電極,參比電極為體光亮劑的加入明 顯增大了鍍液的陰極極化,且陰極極化曲線(xiàn)的飽和甘汞電極研究電極面積為0.2 am2輔助電極為大面積鉑電形狀也發(fā)生 了較大的變化。在-1.13~ -1. 18 V( vs SCE )的電位極掃描速度10 mV/s,掃描 范圍- 1.5~ 0 V ,旋轉速度區間出現了 一個(gè)不隨電位變化的電流平臺此極限電流遠小于極3 000 r/min溫度26~28 C。限擴散電流。這表明鋅的電沉積過(guò)程出現了新的控制步驟。載(3)微分電容與反應電阻選用交流阻抗法。 研究電極為體光亮劑在電 極表面吸中國煤化工Zn2+必須穿鉑上鍍鋅面積為0.2 cm?輔助電極為鉑電極參比電極為飽和過(guò)此吸附層 才能在電極MHCNMHG化能。由于Zn2+ 在電極上放電是-個(gè)快反應但其穿越吸附層是一個(gè)慢反[收稿日期] 2002 -08-12.應因此鋅的電沉積速度得到了有效抑制。隨著(zhù)載體光亮劑濃度45氯化鉀鍍鋅添加劑的電化學(xué)性能的增大陰極極化也增大。當載體光亮劑的濃度增大至一定量時(shí)陰極極化不再明顯增大。這是因為活性物質(zhì)的吸附層往往只具有單分子濃度而載體光亮劑是一種大分 子的表面活性劑其C 8:51掭加劑空間位阻效應較強導致了載體光亮劑的飽和現象。1.0 1.2 1.4 1.6 1.8E(vs SCE)/V圖4微分電容曲線(xiàn)3.3電極反 應電阻本文測定電極反應電阻選用交流阻抗法。鍍液含添加劑時(shí)E(vg SCE)/V電極反應電阻達到100 2/em2左右,而鍍液不含添加劑時(shí)電極反圖1基礎液中加入不同量載體 光亮劑的陰極極化曲線(xiàn)應電阻不到14 Q/cm2鍍液含添加劑比無(wú)添加劑電極反應電阻增圖2為基礎液中加入不同量主光劑的陰極極化曲線(xiàn)。主光大幾倍。試驗說(shuō)明此體系的載體光亮劑、主光劑和輔助光亮劑劑是用-定量的溶劑溶解而成的,由圖2可知主光劑的加入可共存時(shí)使鋅電極表面被添加劑分子所覆蓋放電離子只有穿透在一-定程度上增加鍍液的陰極極化井隨主光劑量的增加陰極極吸附層才 能在電極上放電。由于放電離子穿透吸附層需要較大化加大。主光劑是-種芳香醛酮類(lèi)化合物可以在鋅電結晶生長(cháng)的活化能即電極反應電阻明顯增大使陰極過(guò)電位也增大從而較快的位置上吸附并阻擋鋅離子放電在鋅電結晶的同時(shí)還發(fā)獲得光亮細致的鍍層s61。生光亮劑的電化學(xué)還原,從而降低吸附位置上鋅電沉積的電流效3.4整平性率起到微觀(guān)整平和光亮的作用。圖3為基礎液同時(shí)加入載體光本文選擇旋轉圓盤(pán)電極循環(huán)溶出法測定鍍層整平性7]圖5亮劑30 mL/L與主光劑I ml/L和單獨添加載體光亮劑30 mL/L為基礎液中加入 BH.51氯化鉀鍍鋅添加劑的循環(huán)伏安曲線(xiàn)。同或主光劑1 mlL/L的極化曲線(xiàn)。同時(shí)添加載體光亮劑和主光劑的時(shí)測得陽(yáng)極溶解電 量;靜 止時(shí)電量Qs=0. 127 3 C旋轉時(shí)電量鍍液陰極極化比單獨添加時(shí)明顯增大這是由于較小分子的芳香Qr=0.007 112 C整平能力L=( (s- QrVQsx 100% =44.13%。醛酮類(lèi)化合物和大分子載體光亮劑結合使表面吸附層更緊密、更用同樣的方法測得基礎液僅加入載體光亮劑的整平能力為完整鋅離子放電過(guò)程受到了阻滯。負值，可見(jiàn)主光劑具有整平作用?；A液、 T主光劑1.0 mL/L入主光劑0.8 mL/L主光劑1.2 /L1.P主光劑1.6 /LB(vs SCE)/N場(chǎng)-1.04 -1.081.12 -1.16 -1. 20圖5基礎液中加入BH-51氯化鉀鍍鋅添加劑的循環(huán)伏安曲線(xiàn)圖2基礎液中加入不同量 主光劑的陰極極化曲線(xiàn)1 L/主光劑薔礎液- H7H-30 /載體光亮劑0/-30 m/L貌體光亮劑和1叫幾主光劑”-0.8 -0.9 -1.0 -1.1 -1.2 -1.30.5 0.70.9后1315B(vs SCE)NE(vs SCEB)/N圖6不同轉速 下添加BH-51氯化鉀鍍鋅圖3基礎液和基礎液加入30 mL/L載體光亮添加劑鍍液陰極極化曲線(xiàn)劑和1 mL/L主光劑的陰極極化曲線(xiàn)圖6為不同轉速下添加BH-51氯化鉀鍍鋅添加劑鍍液陰極3.2 微分電容本文測定微分電容選用交流阻抗法圖4為微分電容底液和極化曲線(xiàn)。隨轉速增加極化加大。一般認為添加劑的整平性是加入BH-51氯化鉀鍍鋅添加劑的微分電容曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn),在底由其擴散控制的阻化作用來(lái)決定的因而用旋轉圓盤(pán)電極模擬微液中加入BH-51添加劑微分電容后其微分電容Ca顯著(zhù)降低從觀(guān)表面峰、谷的電沉積。擴散層較薄時(shí)相當于-般工件溝槽的凸105 F/cm?降到24 pF/cm2 ,并在-定電位范圍內(大約為E=處擴散層較厚時(shí)相當于-般工件的凹處。隨著(zhù)轉速增大擴散1. 12~1.52 V )保持穩定說(shuō)明在此電位范圍內,BH-51添加劑有層厚度變薄擴散到電榍吉中國煤化工整平劑對鋅沉積阻化作用加強，;反之轉速吸附至E≈-1.52v左右電容值急劇上升開(kāi)始明顯析出氫氣。小時(shí)擴散層厚度大添，:YH_C NM.H G極表面覆蓋(下轉第52頁(yè))6熱法磷酸燃燒塔余熱回收裝置內表面高溫防腐蝕量控制試驗管出口水溫為150~ 160 c。試驗期間停爐5次，以水箱水銀溫度計考察涂層抗熱震性能。試驗結果見(jiàn)表3。壓力表-熱電偶5結論. 試驗爐申調節閥申試驗管通過(guò)以上試驗研究確定涂層設計為0.2mmNiCrAl底層+坩堝0.5mmZrO.陶瓷涂層+水玻璃封孔采用以上等離子體噴涂陶瓷涂層做為熱法磷酸余熱回收裝置的內壁可以有效地防止高溫磷流量計水泵電壓調壓器酸的腐蝕。該涂層已在云南化工研究院中試基地熱法磷酸裝置圖5模擬實(shí)際腐 蝕環(huán)境的試驗裝置示意圖上成功運用。[ 1 ]熊家林.磷化工概論[ M].北京化學(xué)工業(yè)出版社, 1994.[ 2 ] Godstein. 掃描電子顯微鏡和x射線(xiàn)微區分析[ M]. 天津南開(kāi)大學(xué)出版社, 1988.[ 3 ] Yji, Yoshioka , Toshio. 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British Corrosion Joumal ,1999 341)67~70.[責任編輯王宇]圖7未封孔腐蝕后Al203涂層250x(上接第46頁(yè))度相對較小因而對鋅沉積阻化作用減弱陰極極化減小此時(shí)沉積速度相對快。由圖6可見(jiàn),當轉速大于300 r/min時(shí),陰極極化加大不明顯可見(jiàn)其整平作用較弱。4結論BH-51氯化鉀鍍鋅添加劑可明顯加大陰極極化增大反應電圖8經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂封孔腐蝕后AL03涂層250x阻在電極表面有明顯的吸附,且吸附范圍與陰極極化曲線(xiàn)的工試驗裝置示意圖見(jiàn)圖5。爐內用硅碳管加熱通過(guò)調壓器調作范圍相吻合對鍍層具有整平性。節硅碳管上工作電壓使爐內最高溫度可達1 500 C。模擬實(shí)際致謝袁國偉研究員對本研究曾給予指導并對本文提出寶貴意見(jiàn)特環(huán)境的腐蝕介質(zhì)為云南化工研究院中試基地實(shí)際運行的中試爐此鳴謝。中取出的爐內凝聚物和爐內坩堝中的磷酸溶液揮發(fā)物。試驗管[參考文獻]為鍋爐鋼管外壁經(jīng)清洗和噴沙后噴涂等離子體防腐蝕涂層并封孔。試驗管內自下而上流動(dòng)著(zhù)去離子水,用調節閥調節水流[1]范宏義左丹江胡鐵騎.電鍍行業(yè)環(huán)境無(wú)害化技術(shù)需求調查分析表3模擬實(shí)際腐蝕環(huán)境的試驗結果[A]第六屆全國電鍍與精飾學(xué)術(shù)年會(huì )論文集[C]武漢:中國表.涂層腐蝕時(shí)間/結果面工程協(xié)會(huì )電鍍分會(huì ), 20000.1~ 0.2 mm NiGrAl[2 ]劉永輝.電化學(xué)測試技術(shù)[ M]北京北京航空學(xué)院出版社[出版+0.4~0.5 mm Cr2O3 + .約360時(shí)間不詳]環(huán)氧樹(shù)脂封孔[ 3 ]方景禮.電鍍添加劑總論[ M].臺灣傳勝出版社, 19990.1~ 0.2 mm NiGrAI肉眼觀(guān)察、x光衍[4 ]吳浩青李永舫.電化學(xué)動(dòng)力學(xué)M].北京高等教育出版社[出+0.4-0.5 mm Zr02+水寸掃描電子顯微鏡結版時(shí)間不詳].玻璃封孔果均未發(fā)現腐蝕現象[s]楊綺琴.電鍍研究中國煤化工。涂飾,1986 50.1~0.2 mm Ni/Al(4)50~ 61.YHCNMHG+0.4~0.5 mm A2O3+[ 6 ]蔣雄謝晉星.循環(huán)伏安溶出法研究鍍鎳添加劑的整平作用J].水玻璃封孔電鍍與精飾, 1990 125)3~6.2