[發明專利]納米晶鋅鍍層的直流電沉積制備方法

無效

• 申請號: 200910199567.5
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101709493A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 李謀成;伍玉琴;鄔明鈺;李偉華;阮偉慧
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C25D3/22
• 分類號: C25D3/22
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種酸性硫酸鋅鹽水溶液中直流電沉積制備納米晶鋅鍍層的方法，屬于表面工程與表面處理技術領域。

背景技術

鋼鐵等金屬材料的腐蝕問題遍及國民經濟的各個領域，倍受人們的重視。它不但會消耗了大量寶貴的資源和能源、帶來巨大的經濟損失，而且會造成災難性事故。為了防止鋼鐵構件被腐蝕破壞，人們常在鋼鐵表面施加鋅等金屬鍍層、以起到陽極犧牲性保護作用和屏蔽腐蝕介質的作用。作為一種最為常用和有效的保護性鍍層，鋅鍍層已經在汽車鋼板、鋼絲等領域得到了廣泛的應用。

由于鋅鍍層納米化后，其表面硬度、加工性、耐蝕性等各方面性能都有很大提高，目前納米晶鋅鍍層得到了快速發展。鋅鍍層的常用制備方法有：熱鍍、熱噴涂以及電沉積等，其中水溶液電沉積具有工藝設備簡單、操作簡便、成本低等優點，是制備納米晶鋅鍍層最常用和可行的一種方法，而電沉積方法常采用脈沖和直流兩種控制方式進行。

脈沖電沉積方面：Juarez等在醋酸鹽鍍液中沉積出纖維狀納米晶鋅鍍層，晶粒尺寸約68nm；R.Ramnauskas在堿性體系中制備了平均晶粒尺寸為24nm的納米晶鋅鍍層；Youssef等人用硫脲和聚丙烯酰胺為添加劑，在氯化物鍍液中制備出平均晶粒尺寸為56nm的鍍鋅層；Saber等人在氯化物鍍液中獲得了納米晶鋅鍍層；Youssef等人在硫酸鹽體系中沉積出最小平均晶粒尺寸為38nm的納米鋅鍍層；Gomes等人在酸性硫酸鹽體系中，以CTAB為添加劑制備出針狀納米晶鋅鍍層；本課題組和專利已針對鋼板連續鍍鋅常用的酸性硫酸鹽鍍液體系，研究了芐叉丙酮和硫脲等添加劑對脈沖電沉積納米晶鋅鍍層性能的影響，獲得了耐蝕性較高的顆粒狀納米晶鋅鍍層。這些研究表明，脈沖電沉積較易制備出納米晶鋅鍍層，同時添加劑在鍍層晶粒細化過程中具有十分重要的作用。

直流電沉積方面：喻敬賢等人(高等學校化學學報，1999，20(1)：107-110)在酸性氯化鉀鍍液中通過制備出納米光亮鍍鋅層結構；H.Yan等人(J.Electrochem.Soc.，1996，Vol.143：1577-1583)、曹瑩等人(材料保護，2003，36(11)：5-6)和中國專利(ZL200310107939.X)中曾報道采在硫酸鹽溶液中制備出了納米片疊層鋅鍍層，但這些鋅片只是在厚度方向上實現了納米化，而鍍層的XRD衍射峰并未全部寬化、晶粒尺寸均未實現三維尺度上的納米化。

與脈沖電沉積相比，直流電沉積投入小、易實現工業化等特點，在汽車鋼板等連續鍍鋅生產中得到了應用，然而，目前在硫酸鹽溶液中尚難以直流電沉積出納米晶鋅鍍層。以CTAB、BA和PEG三種化合物為組合添加劑制備納米晶鋅鍍層的情況還未見報道，本發明提供了以CTAB、BA和PEG三種化合物為組合添加劑直流電沉積制備納米晶鋅鍍層的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供酸性硫酸鋅鍍液中直流電沉積制備納米晶鋅鍍層的方法，制得的納米晶鋅鍍層光亮平整，可用于汽車鋼板等鋼鐵材料。

本發明提供了一種水溶液中直流電沉積納米晶鋅鍍層的制備方法，其特性在于具有以下的制備過程和步驟：

a.首先配制酸性鍍液，硫酸鋅的濃度為50～500g/L；采用濃硫酸調節其pH值為1～5；

b.加入混合表面活性劑，即加入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、芐叉丙酮(BA)和聚乙二醇(PEG)，它們的濃度均為0.5～3g/L，鍍液的溫度為20～65℃；

c.采用直流電鍍的方法進行電沉積；在盛有酸性硫酸鹽溶液的電鍍槽中，以被鍍碳鋼為陰極，以不溶性電極為陽極，施加直流電流進行沉積，電流密度為0.5～4A/cm²，電鍍時間為1～6分鐘，所得鋅鍍層光亮致密、晶粒尺寸在小于50nm。

上述的不溶性電極可以為鉑電極或者Ti/IrO₂涂層電極等。

本發明的特點是：(1)直流電沉積，投入小、沉積時間短、易實現工業化生產；(2)采用酸性硫酸鋅鍍液體系，不添加其它導電鹽，鍍液維護容易；(3)利用CTAB、BA和PEG三種化合物間的協同作用，組合成新型混合添加劑，有效的增大了鋅沉積過程的極化性能，使鋅鍍層晶粒細小、光亮致密。

附圖說明

圖1為不同條件下沉積的鋅鍍層XRD圖譜，a.實施例1?b.實施例2?c.實施例3?d.實施例4

圖2為典型納米晶鋅鍍層的表面SEM形貌圖(實施例2)

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

本實施例中的制備過程和步驟如下：