电化学方法研究锌镍合金镀层耐腐蚀性能

电化学方法研究锌镍合金镀层耐腐蚀性能
韩玉娟;郑凯
【摘要】Zn-Ni alloy coating and Zn coating were prepared by electrodepositing in alkaline electrolyte respectively. They were handled into working electrodes. Platinum electrode and calomel electrode were chosen as counter electrode and reference electrode respectively. They were immersed into 5% NaCl solution simultaneously. The electrochemical workstation was utilized to measure the corrosion performance after 120 h. The test result indicated that the corrosion potentials of the Zn-Ni alloy and Zn coating were respectively -0. 778 and -0. 989 V, rate of corrosion on Zn-Ni alloy and zinc coating were 0. 0405 and 0. 301 g/( m2 ·h) , which indicated that the corrosion rate of Zinc coating was seven point four times of that of Zn-Ni alloy, their real part values within the low frequency range from 1 to 10 Hz were 250 and 900 Ω/cm2 respectively, the value of Zn-Ni was 3. 5 times than that of Zn coating.%碱性介质中制备锌镍合金镀层与镀锌层,并制备成工作电极,分别选择铂电极和饱和甘汞电极作为对电极和参比电极,5%氯化钠溶液为测量介质,采用电化学工作站测量工作电极电化学特性。

结果表明：(1)浸润120 h后,锌镍合金镀层和锌镀层腐蚀电位分别为-0．778 V和-0．989 V；(2)它们腐蚀速度分别为0．0405和0．301 g/(m2·h),镀锌层腐蚀速度是锌镍合金镀层7．4倍；(3)在1~10 Hz低频率区域,它们交流阻抗实部变化值分别为250和900Ω/cm2,锌镍合金实部差值是镀锌层3．6倍。

【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2016(044)017
【总页数】4页(P124-126,197)
【关键词】锌镍合金;腐蚀电位;实部值;交流阻抗
【作者】韩玉娟;郑凯
【作者单位】淮安市高级职业技术学校机电工程系，江苏淮安 223005;南京工程
学院环境工程学院，江苏南京 211167
【正文语种】中文
【中图分类】TG11312,TG146.1
铁基体金属曝露与大气或潮湿环境下，极容易发生析出氢气或吸收氧气的腐蚀，从而降低金属的强度等性能，为了延长金属的使用寿命，通过电化学沉积方法，在金属表面附着一层材料为常见的方法。

在金属表面电化学沉积金属锌，由于锌与锌离子的电极电位小于铁与其离子的电极电位；因此当铁基体金属表面附着镀锌层后，锌金属层与铁基体构成电池，其中，锌作负极，而铁作正极。

这样使得铁基体获得保护[1-3]。

但是，镀锌层具有腐蚀速度快、大于40 μm镀锌层难以制备缺陷。

近年来，耐腐蚀性更强的锌-镍合金得到同行专家极大关注，锌镍合金具有结构更加
致密、腐蚀电位比镀锌层高、腐蚀速度比镀锌层慢、20～100 μm厚度镀层容易
控制的优点，因此，近10年来，锌镍合金已经被金属加工行业选择为新的防腐蚀材料。

锌-镍合金的晶型可以分为四种，分别为α相、δ相、η相和γ相，其中，镍含量
为12% ～17%的γ相锌-镍合金的耐腐性能最好，是一般镀锌层的5～10倍[4-6]。

锌-镍合金电镀溶液包括酸性和碱性溶液。

使用酸性溶液工艺制备的锌-镍合金镀层，
对设备腐蚀性强、且电镀液扩散能力差;碱性镀液工艺，具有腐蚀性好，溶液分散
性好特点。

制备的锌-镍合金镀层，适用于管道弯头等复杂构件表面锌-镍合金镀层制备[7-9]。

本文选用低碳钢为基体，在其表面制备锌-镍合金镀层和镀锌层，釆用电化学工作站，测试了镀锌层和锌-镍合金镀层的电化学性能。

为今后产品的设计、生产和应用提供有价值的理论依据。

近10年来，锌镍合金的制备被广泛用于金属防腐蚀工艺中，但是目前的制备锌镍合金技术，难以保证锌镍合金晶型为γ晶型，本论文通过使用实验室制备的极化剂，采用合理的工艺参数，可以保证制备的合金晶型为γ型，而且合金的厚度可以达到100 μm，保证了锌镍合金的耐腐蚀性能。

1.1 实验仪器
BSA40253002电子天平，江苏省南京市和燕路251号；HT-10012V变频脉冲电源，东阳市海天电器厂；RST5000电化学工作站，苏州瑞思特仪器有限公司。

1.2 锌-镍合金镀层的制备
采用电沉积的方法制备纳米Zn-Ni合金, 电源为直流电源，以镍板作阳极，紫铜作阴极。

镀液采用硫酸盐体系，其组成为硫酸镍3 g/L，氧化锌10 g/L，氢氧化钠
95 g/L，二乙醇胺30 g/L，乙二胺20 g/L，镀液温度(20±5)℃，pH值为
12±0.5，电流密度4 A/dm2，电镀时间60 min。

镀液均用分析纯化学试剂与去
离子水配制，电镀后样品经去离子水洗净、干燥[10]。

1.3 电极制备
用制备的锌镍合金膜样品和锌膜样品制备电极。

准备约15 cm的导线，通过焊接
方法，将导线连接到需要测量的锌膜和锌镍合金表面上。

在锌镍合金膜/锌膜样品
背面，将面积为1 cm2的绝缘胶带贴在焊有导线的另一侧表面。

用504胶水将A、B两胶以2:1(体积比)调和后，均匀涂抹于被测电极表面，等其自然冷却12 h，掀去绝缘胶带，用数字万用表对其各处进行蜂鸣性测试。

将万用表的一个表笔接触导线另一端，另一表笔接触锌镍合金膜/锌膜样品表面各处，若除原贴标签处均无蜂
鸣声，则电极制备完成。

若有蜂鸣声，则须再次用504胶水对有蜂鸣声处进行涂抹。

干燥后继续进行测试，直到符合要求。

1.4 锌-镍合金镀层和镀锌层的电化学测试方法
本次试验的测量仪器选用RST5000系列电化学工作站。

本实验采用三电极体系，NaCl溶液的质量百分比浓度为5%，工作电极选择锌镍合金与锌镀层，在开路电
位下，测量腐蚀电位、Tafel曲线及电化学阻抗。

其中，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂金片，锌镀层样品、锌镍合金镀层样品为工作电极，工作面积为1 cm2。

交流阻抗的频率范围为0.001～1.00×104 Hz。

每秒电压变化速度为1 mV，扫描过程中电压选择范围为-1.2～0 V。

2.1 镀锌膜和锌镍合金镀层的腐蚀电位比较
由图1可以看出，在浸泡初期，可能由于镀层表面钝化膜的存在，使得镀层的腐
蚀电位有所变化。

等到中后期，腐蚀电位基本保持不变。

图1可以看出，锌镍合
金和镀锌膜的腐蚀电位分别为-0.76 V和 -0.97 V。

锌镍合金镀层的腐蚀电位明显
高于锌镀层，进一步证明：在锌镍合金和镀锌膜与铁基体构成的原电池中，锌镍合金与铁基体构成的电动势大于镀锌膜与集体构成的电动势。

因此镀锌层的腐蚀推动力大于锌镍合金的推动力；与镀锌膜相比较，锌镍合金更耐腐蚀[1]。

2.2 锌镀层和锌镍合金镀层的塔菲尔曲线(腐蚀速度)比较
由塔菲尔曲线，可以得知所测电极的塔菲尔斜率和腐蚀电流密度。

其中，塔菲尔斜率反映双电层的电场强度对于反应速度的影响，本次毕业设计不研究这一方面。

由腐蚀电流密度可以推算出腐蚀速度，锌镀层和锌镍合金镀层的腐蚀性能差异[2]。

由图2可以看出，镍合金的腐蚀电位高于镀锌，锌镍合金的腐蚀电流密度比镀锌
膜层小1～2个数量级，可见锌镍合金镀层的耐腐蚀性能优于镀锌层。

通过塔菲尔图可以求得腐蚀电流密度icorr(μA/cm2)，从而可以精确求得腐蚀速度v[g/(m2·h)]，从而可以直观的比较锌镀层和锌镍合金镀层腐蚀性能的差异：
对于锌镀层：M锌=65 g/mol，n=2
对于锌镍合金镀层(镀层中锌含量为85%，镍含量为15%)：
由图3可知，相同条件下，锌镍合金镀层的腐蚀速度比锌镀层小，两者相差近一个数量级。

这说明相同条件下，锌镍合金的腐蚀速度远小于锌镀层，表明相同厚度的镀层，锌镍合金镀层的使用寿命比锌镀层更长。

2.3 锌镀层和锌镍合金镀层的交流阻抗实部数值比较
从图4可以看出，在低频率区域1～10 Hz，在5%的氯化钠溶液中，锌镀层的阻抗实部变化量大约为250 Ω/cm2，锌镍合金镀层的的阻抗实部变化量大约为900 Ω/cm2。

低频率区的阻抗实部变化量是表征物质耐腐蚀能力的重要参数。

锌镍合金镀层阻抗实部的在低频区变化量为锌镀层在低频区的3.6倍，这表明锌镍合金镀层的耐腐蚀性优于锌镀层，这是由于锌镍合金镀层的结构引起的，锌镍合金镀层为正四面体结构，晶体结构中，原子空间排列紧密，使得锌镍合金镀层相比锌镀层更不易腐蚀。

(1) 锌镀层的腐蚀电位比锌镍合金镀层的腐蚀电位小0.211 V，与基体形成的腐蚀原电池电动势大，腐蚀推动力大，使得镀锌层比锌镍合金镀层更容易被腐蚀。

(2) 锌镀层的腐蚀电流密度大于锌镍合金镀层。

由于腐蚀速度与腐蚀电流密度成正比，计算表明，相同情况下，锌镀层的腐蚀速度比锌镍合金镀层更快7.4倍。

(3) 比较锌镀层和锌镍合金镀层在低频区(1～10 Hz)的阻抗实部的变化数值，可以看出锌镍合金镀层的变化数值是锌镀层的3.6倍，说明锌镍合金镀层与锌镀层相比不易被腐蚀。

【相关文献】
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