專利名稱：一種鋅鎳合金電解液及其鍍層的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋅鎳合金電解液及其鍍層的制備方法，該電解液及鍍層適用于鋼鐵零部件及其他金屬材料表面防腐、防磨保護等，屬鋼鐵零部件及金屬材料表面處理技術領域。
背景技術：
鋼鐵材料是機械零部件常用的材料之一，但其耐蝕性較差限制了其使用。為了提高鋼鐵材料的耐腐蝕性，常在其表面通過電沉積技術制備一層保護性鍍層。鋅鍍層是常見的鍍層之一，其具有良好的耐蝕及裝飾性。鋅基鍍層在表面鍍層工業應用十分廣泛。其缺點在于鋅比較活潑，其較高的腐蝕速率需要更高的厚度以達到腐蝕防護的需要。此外，鋅腐蝕后產生大體積的腐蝕產物能夠引起鋅與基體金屬的分離同時可能使材料產生氫脆。越來越多的電沉積制鋅研究關注于鋅合金鍍層，即含有少量其他元素的合金，如錳、鐵和鎳等。當在鋅鍍層中添加其他元素之后，其腐蝕速率和腐蝕電位均會發生變化，合金對鋼鐵材料仍具有陽極保護作用，但其腐蝕速率更低。研究表明當鋅鎳鍍層中鎳的含量在12-15wt%時，其耐蝕性最好。當鎳的含量更低時，鍍層腐蝕速率更高；而當鎳的含量更高時，鍍層將會失去陽極保護作用，其對基體材料的保護只限于阻擋保護作用。鋅鎳電解液常用的添加劑有很多，如表面活性劑、酰胺類物質等。這些添加劑能夠改善鍍層結晶致密度，改善電解液分散能力和覆蓋能力，從而獲得性能優越的鍍層。但這些添加劑往往存在功能單一的缺點，如表面活性劑能夠使晶粒細化等。因此常見的電解液中多選用一種或幾種添加劑來更好地改善鍍層性能，如中國專利申請200910094368. 8(張英杰等)，一種鋅鎳合金電解液中選用平平加、糖精和十二烷基磺酸鈉等一種或幾種進行組合以獲得穩定鍍層；OMI國際公司和荏原-烏迪萊特株式會社申請的中國專利，公開號 CN87103500，鋅-鎳合金電解液及方法，選用酰胺類物質、糖精鈉等來獲得穩定的鍍層，多種物質的添加使得溶液成分比較復雜。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點，更好地提高鋅鎳合金的耐蝕性和簡化溶液組成，提供一種鋅鎳合金電解液及其鍍層的制備方法。為了實現上述發明目的，在本電解液中除了常用的用來電沉積鋅鎳合金的物質-鋅鹽、鎳鹽、銨鹽等物質外，主要采用了另一種添加劑-正硅酸乙酯，其在電解液中主要有兩種作用正硅酸乙酯能夠在溶液中水解生成硅酸和乙醇，硅酸間存在的氫鍵能夠抑制溶液中氫離子得電子，從而抑制氫氣生成而使得鍍層更加均勻；同時，硅酸在電極表面生成少量的二氧化硅，能夠起到調節鍍層組分，改善鍍層耐蝕性作用。正硅酸乙酯的加入能夠明顯提高鍍層的耐蝕性。本發明的鋅鎳合金電解液包含作為鋅源及鎳源的氯化鋅和氯化鎳、導電鹽氯化銨、緩沖劑硼酸以及鹽酸和添加劑正硅酸乙酯，具體組成為氯化鋅15 50g/L，六水氯化鎳20 90g/L，氯化銨50 80g/L，硼酸5 15g/L，鹽酸3 9g/L，正硅酸乙酯5 20g/ L0該電解液的配制方法為將除添加劑正硅酸乙酯之外的上述物質按照所需濃度用蒸餾水配制，然后在配好的溶液中加入5 20g/L正硅酸乙酯，并在磁力攪拌器攪拌下以 IOOOr miiT1左右的攪速攪拌10-40min，使添加劑充分水解，水解溫度為40°C，水解完成后使電解液溫度降至室溫后備用。該鋼鐵材料表面制備鋅鎳合金鍍層的方法為將基體材料進行砂紙打磨、依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗后放入電解液中，并在磁力攪拌器攪拌下以恒定電流進行電沉積；電解液包含作為鋅源及鎳源的氯化鋅和氯化鎳、導電鹽氯化銨、緩沖劑硼酸以及鹽酸和添加劑正硅酸乙酯，具體組成為氯化鋅15 50g/L，六水氯化鎳20 90g/L，氯化銨 50 80g/L，硼酸5 15g/L，鹽酸3 9g/L，正硅酸乙酯5 20g/L。電解液pH值為3 4，采用的電流為10 40mA cm"2,電解時間為10 40min，電解液溫度為室溫；以碳鋼為陰極，鉬鈮絲電極為陽極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極。電解液中各組分的含量、pH、電流密度、電解時間及溫度等參數可根據所需鍍層厚度、硬度、耐蝕性等在給定范圍內選擇。本發明方法制備的鋅鎳合金電解液能夠明顯提高鋅鎳鍍層的耐蝕性，延長了鍍層使用壽命。本制備方法工藝簡單，成本低廉，操作方便，重現性好且無需大型昂貴設備。所制備的鋅鎳合金鍍層可應用于金屬材料表面處理等領域。


圖1為未添加正硅酸乙酯和添加正硅酸乙酯的鋅鎳合金的陽極極化曲線圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明方法做進一步闡述。實施例1、1)碳鋼基體的處理本發明中使用的基體材料為Q235碳鋼，將碳鋼制成直徑為 5mm，長度為5mm的圓柱體電極，并用環氧樹脂進行封裝，測試用的表面積約為0. 196cm2。首先將碳鋼基體用1200目SiC砂紙進行打磨，直到露出新鮮表面，然后依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗表面5min后待用；2)電解液的配制以含正硅酸乙酯、氯化鋅和氯化鎳等物質的溶液為電解液，各組分濃度如表1所示表1電解液組成
權利要求
1.一種鋅鎳合金電解液的制備方法，其特征在于電解液具體組成為氯化鋅15 50g/ L,六水氯化鎳20 90g/L，氯化銨50 80g/L，硼酸5 15g/L，鹽酸3 9g/L，正硅酸乙酯5 20g/L ；將除添加劑正硅酸乙酯之外的上述物質用蒸餾水配制，然后在配好的溶液中加入5 20g/L正硅酸乙酯，并在磁力攪拌器攪拌下以IOOOr mirT1的攪速攪拌10-40min， 使添加劑充分水解，水解溫度為40°C，水解完成后使電解液溫度降至室溫。
2.一種鋅鎳合金鍍層的制備方法，其特征在于將基體材料進行砂紙打磨、依次用丙酮、 乙醇、去離子水超聲清洗后放入電解液中，并在磁力攪拌器攪拌下以恒定電流進行電沉積； 電解液具體組成為氯化鋅15 50g/L，六水氯化鎳20 90g/L，氯化銨50 80g/L，硼酸 5 15g/L，鹽酸3 9g/L，正硅酸乙酯5 20g/L ；電解液pH值為3 4，采用的電流為 10 40mACnT2，電解時間為10 40min，電解液溫度為室溫；以碳鋼為陰極，鉬鈮絲電極為陽極，飽和甘汞電極為參比電極，即在碳鋼基體表面沉積得到鋅鎳合金鍍層。
全文摘要
本發明涉及一種鋅鎳合金電解液及其鍍層的制備方法。電解液組成為氯化鋅15～50g/L，六水氯化鎳20～90g/L，氯化銨50～80g/L，硼酸5～15g/L，鹽酸3～9g/L，正硅酸乙酯5～20g/L；將除添加劑正硅酸乙酯之外的物質用蒸餾水配制，然后在配好的溶液中加入5～20g/L正硅酸乙酯，磁力攪拌10-40min，使添加劑充分水解，水解溫度為40℃，水解完成后降至室溫；將基體材料預處理后放入電解液中，并在攪拌下以恒定電流進行電沉積；以碳鋼為陰極，鉑鈮絲電極為陽極，飽和甘汞電極為參比電極，經過10～40min電解即在碳鋼基體表面沉積得到鋅鎳合金鍍層。本發明方法制備的電解液能明顯提高鋅鎳鍍層的耐蝕性，延長鍍層使用壽命。工藝簡單，成本低廉，操作方便，制備的鋅鎳合金鍍層可應用于金屬材料表面處理等領域。
文檔編號C25D5/22GK102383155SQ20111036250
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者李相波, 林志峰, 許立坤 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所