不同電解除油方式對甲基磺酸鹽鍍錫的影響

賈學(xué)閣， 張書弟， 安成強(qiáng)

(沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽 110159)

引 言

鋼板在冷軋過程中要使用軋制油、乳化液以潤滑、冷卻帶鋼。軋后帶鋼表面帶有大量殘留物，主要為軋制油、乳化液、鐵粉及松散雜質(zhì)等［1-3］。經(jīng)過脫脂劑的清洗，原鋼板的表面質(zhì)量得到提高，并且脫脂劑的清洗效果對后序工藝有很重要的作用。

電解法除油和化學(xué)除油一樣，廣泛地應(yīng)用于鍍鋅和鍍錫鋼板的生產(chǎn)中。它主要是在脫脂液中通以直流電，由于電極的極化作用，降低油-溶液的界面張力，電極上析出的氫和氧氣泡，對油膜具有強(qiáng)烈的撕裂作用，能促進(jìn)油膜迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的油珠，氣泡上升時(shí)的機(jī)械攪拌作用，進(jìn)一步強(qiáng)化除油過程［4］。由于上述原因，電化學(xué)除油不僅速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化學(xué)除油，并且除油徹底，效果良好［5］。

本實(shí)驗(yàn)選冷軋板作為研究對象，研究不同的電解除油方式對試片表面活性的影響及后續(xù)鍍錫的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用冷軋板，試樣尺寸為60mm×80mm，脫脂劑為某鋼廠脫脂劑。用去離子水配制2%的堿溶液為脫脂劑，θ為(50±5)℃;電解除油Ja為10A/dm2，t為 4s。

鍍錫液配方:15～18g/L甲基磺酸亞錫(以錫計(jì))，10～30ml/L抗氧化劑對苯二酚，30～50ml/L添加劑。閃鍍錫時(shí)Jκ為2A/dm2，t為2s(時(shí)間采用2s，主要是為了研究電解除油時(shí)，不同電極狀態(tài)對試片表面清洗結(jié)果，即試片表面殘留物對鍍錫初始時(shí)的影響，如果時(shí)間過長，試片表面已經(jīng)生成一層鍍層，則不便分析電解除油工藝對鍍層質(zhì)量的影響)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 極化曲線測試

極化曲線采用CS300型電化學(xué)測試系統(tǒng)對電極進(jìn)行室溫環(huán)境下的穩(wěn)態(tài)極化曲線動態(tài)測試，采用三電極體系［4］，工作電極是經(jīng)脫脂劑清洗后的冷軋板樣片。樣片用環(huán)氧樹脂密封，只露出1cm2，其他部分進(jìn)行封裝絕緣。參比電極為232型飽和甘汞電極(SCE)，213型鉑電極為輔助電極。測試溶液為3.5%的NaCl溶液。掃描速度為5mV/s，掃描范圍為 －0.25 ～0.25V。

1.2.2 點(diǎn)滴測試

用脫脂劑清洗試片后，用蒸餾水漂洗干凈，然后用專用測試液(外購成品)點(diǎn)滴，觀察試片出現(xiàn)紅點(diǎn)的時(shí)間，清洗效果越好，顯色的時(shí)間越短。

1.2.3 浸泡測試

配制5%的NaCl溶液，將電鍍之后的試片浸泡一段時(shí)間，取出試片，觀察試片表面銹蝕程度。

1.2.4 形貌分析

采用SSX-550型掃描電鏡(SEM)觀察不同除油方法處理后試片進(jìn)行閃鍍錫的鍍層表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同電解除油對表面活性的影響

2.1.1 極化曲線測試結(jié)果

當(dāng)脫脂劑除油，試樣作不同的電極狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行極化曲線測試，結(jié)果如圖1和表1所示。

圖1 不同電解除油方式的極化曲線

表1 不同電解除油方式的電化學(xué)參數(shù)

由圖1可以看出，試片經(jīng)除油后在NaCl溶液中仍呈現(xiàn)陰極極化與陽極極化混合控制的現(xiàn)象。由表1可看出，原板的腐蝕電位較正，腐蝕電流最小，說明原板腐蝕速度慢，試片表面活性低，因?yàn)樵灞砻嬗幸粚悠秸涸诒Ｗo(hù)試片。當(dāng)原板經(jīng)除油之后，試片的自腐蝕電流密度增大，自腐蝕電位負(fù)移，說明電解除油后試片的表面活性比較高，尤其是當(dāng)試片作為陰極時(shí)，腐蝕電位最負(fù)，說明試片的表面活性最高，主要是因?yàn)楫?dāng)試片作陰極除油時(shí)，表面發(fā)生析氫反應(yīng)，氫氣分子體積小，氣泡小、數(shù)量多、浮力大，所以它的攜帶能力和剝離能力都特別強(qiáng);而當(dāng)試片作陽極時(shí)，試片發(fā)生析氧反應(yīng)，因?yàn)檠鯕夥肿芋w積大，氣泡大、數(shù)量少，浮力相對氫氣泡小，其攜帶能力和剝離能力都較弱;所以當(dāng)試片作陰極除油時(shí)，試片的表面活性最高。

2.1.2 點(diǎn)滴試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)脫脂劑除油，試樣作不同的電極狀態(tài)時(shí)，清洗干凈之后，進(jìn)行點(diǎn)滴試驗(yàn)，得到結(jié)果如表2所示。

由表2可知，沒有清洗的原板出現(xiàn)紅點(diǎn)的時(shí)間最久，因?yàn)樵灞砻嬗幸粚悠秸?，對試片進(jìn)行保護(hù)，而當(dāng)試片經(jīng)不同的電解方式清洗之后，試片變紅的時(shí)間都變的較短，即試片表面活性都較高;尤其當(dāng)試片作陰極除油時(shí)，表面完全變紅的時(shí)間最短，說明試片的表面活性最高，即不同的電解除油清洗之后，試片的表面活性提高，特別當(dāng)試片作陰極電解除油時(shí)，對表面活性影響最大，與極化曲線測試結(jié)果一致。

表2 不同除油試片的點(diǎn)滴測試結(jié)果

2.2 不同的電解除油方式對閃鍍錫層的影響

2.2.1 極化曲線測試結(jié)果

試片經(jīng)過不同的除油方式清洗后，進(jìn)行閃鍍錫，然后對鍍層做極化曲線測試，結(jié)果如圖2和表3所示。

圖2 不同的除油方式閃鍍錫層極化曲線

表3 不同的除油方式閃鍍錫層的電化學(xué)參數(shù)

由圖2和表3可知，沒有進(jìn)行除油的原板的鍍層質(zhì)量最好，腐蝕電位比較正;主要是因?yàn)樵灞砻嬗幸粚悠秸海m然鍍層較薄，但是當(dāng)鍍層被腐蝕之后，表面的平整液仍在保護(hù)基板;當(dāng)除油時(shí)，在同一條件下，當(dāng)試片經(jīng)陰極電解除油后閃鍍錫，試片表面的耐蝕性最好;原因是試片經(jīng)陰極除油由于析氫，除油效果較好，所以試片表面的活性最好，試片表面活性越好，晶粒生成的速度就較快，當(dāng)短時(shí)間電鍍時(shí)，試片表面活性越高越先形成均勻、致密的鍍層。

2.2.2 浸泡試驗(yàn)

試片經(jīng)不同除油方式后閃鍍錫，然后進(jìn)行浸泡試驗(yàn)后，表面形態(tài)如圖3所示。

圖3 浸泡試驗(yàn)后閃鍍錫層的表面形態(tài)照片

圖3(a)是試片作陽極電解除油后閃鍍錫，圖3(b)是試片作陰極電解除油后閃鍍錫，圖3(c)是試片經(jīng)先陽極后陰極電解除油后閃鍍錫，圖3(d)是試片經(jīng)先陰極后陽極電解除油后閃鍍錫，圖3(e)是原板直接電鍍錫。由圖3可以看出，原板表面銹蝕面積較小，主要因?yàn)樵嚻砻嬗蟹冷P油做保護(hù)，而試片經(jīng)電解除油后，閃鍍錫2s。開始時(shí)，圖3(b)試片出現(xiàn)銹點(diǎn)的時(shí)間最長，但是隨著浸泡時(shí)間的變長，同一條件下，圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)的鍍層銹蝕程度都較嚴(yán)重;原因是試片作陰極電解除油時(shí)表面活性最高，閃鍍2s錫后，鍍層比其他的較均勻耐蝕，但是隨著浸泡時(shí)間的增長，試片電鍍時(shí)間短、鍍層較薄，試片的表面活性相差不是很大，銹蝕情況都差不多。

2.2.3 表面形貌分析

試片經(jīng)過不同方式的除油后，進(jìn)行閃鍍錫2s，鍍層表面形貌見圖4。

圖4 不同的除油方式后閃鍍錫的SEM照片

由圖4可知，經(jīng)過電解除油后閃鍍錫的錫層比較致密均勻，漏鍍面積較少;而試片直接進(jìn)行電鍍錫的鍍層不平、晶粒粗大，明顯的漏鍍面積比較大。這是因?yàn)殡娊獬秃笤嚻砻婊钚愿?，錫離子沉積速度快，晶粒生成速度快，晶粒比較致密均勻，閃鍍時(shí)不容易漏鍍;而未經(jīng)電解除油的試片表面活性差，錫離子沉積速度慢，閃鍍時(shí)漏鍍現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 結(jié)論

通過極化曲線測試、點(diǎn)滴測試和浸泡試驗(yàn)，對不同電解除油方式分析，材料表面活性和閃鍍錫后鍍層性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:試片作陰極電解除油時(shí)表面活性最高，且試片經(jīng)過陰極電解除油后，進(jìn)行閃鍍錫，鍍層比較均勻致密，且鍍層的質(zhì)量較其他除油方式好。

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