机械镀锌中先导金属锡的沉积与作用

目前,对机械镀的镀覆机理的研究未完整、统一,但众多学者倾向于先导金属的作用,进一步弄清其机理,可为获得性能良好的镀层打下基础.以机械镀锌为例,研究了加入浓度为0.01,0.10,1.00mol/L的SnCl2,溶液后先导金属Sn在锌粉沉积中的规律及其作用.提出了先导金属Sn在锌粉上沉积的电化学模型.结果表明:其2种沉积方式为:(1)先导金属Sn在锌粉颗粒之间沉积,并将锌粉连接在一起;(2)在堆积锌粉与溶液的界面上形成Sn枝晶,像"搭扣"一样将锌粉颗粒连接到一起.指出为了获得成分均匀、结构致密的机械镀锌层,应当强化先导金属Sn的第一种沉积方式,抑制第二种沉积方式.随着加入SnCl2溶液浓度的提高和加入量的提高,在堆积锌粉的表面形成Sn枝晶的过程加强.     

机械镀锌层的结构分析

运用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等研究了机械镀锌层的断口形貌和化学成分。结构分析表明，机械镀锌层不是扁平状锌粉的层层镶嵌叠加，而是尺寸大小不同的锌粉颗粒相互填充堆积；镀层中只有少部分锌粉颗粒发生塑性变形，并且变形取向也无明显的规律。化学成分分析表明，镀层中存在“先导金属”，“先导金属”存在于锌粉颗粒的间隙之中。     

机械镀锌层的组织结构研究

为加深对机械镀锌层组织结构的认识,以球状锌粉为原料,通过机械镀方法制备了锌防护层.运用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及其配备的能谱仪观察了镀层的结构形貌,分析了镀层的化学成分;采用XRD技术分析了镀层的物相组成;采用贴滤纸法对镀层进行了孔隙率测试.结果表明,镀锌层是由锌粉颗粒、空隙、金属锡、金属M等构成的多相混合体系,镀层具有一定的致密度;镀层属于由少量Sn,M和大量Zn构成的金属复合镀层,镀层中没有合金相产生;锌粉颗粒是镀层的主体,部分锌粉颗粒发生团聚.     

机械镀锌液中锌粉特性的分析

通过SEM、TEM等试验研究，分析了机械镀锌用锌粉的形貌、粒度及其在镀液环境中的团聚状态。结果表明，机械镀锌所用的锌粉是粒径以2～4μm为主的混粉，锌粉在镀液环境中多种因素的作用下分散成细小的锌粉藻团。     

机械镀Zn-Ti复合镀层的组织及性能

为了获得具有更好耐腐蚀性能的机械镀镀层,将锌粉和钛粉按照质量比15:11混合,采用机械镀的方式在钢铁件表面制备Zn-Ti复合镀层.施镀时用氟化氢铵作为钛粉的活化剂;硫酸亚锡引导沉积并作为锌粉颗粒及钛粉颗粒间的连接填充材料;EDTA、乌洛托品和OP-10螯合沉积形成镀层.以金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析镀层的形貌及组织结构,划线划格检验镀层无翘起和脱落,利用电化学方法和中性盐雾试验检测镀层的电化学性能和腐蚀状况.结果 显示:机械镀Zn-Ti复合镀层覆盖完整,镀层表面粗糙.镀层与基体结合牢固,镀层中颗粒间结合良好.锌粉及钛粉成镶嵌堆叠状,金属锡主要在镀层和基体间、各颗粒之间起连接作用,复合镀层的自腐蚀电位Em为-1 096 mV,镀锌层自腐蚀电位为-1 240 mV.极化电阻复合镀层为7.07 Ω·cm2,镀锌层为5.11 Ω·cm2.盐雾试验720 h,复合镀层红锈面积约为镀锌层的15％.镀层内金属颗粒之间以机械结合,镀层与基体及金属颗粒之间能够明显观察到金属锡界限,镀层没有合金过渡存在,致密的镀层有利于耐腐蚀能力的提高.在盐雾试验中复合镀层相较镀锌层有更少的白锈和红锈,完整紧实的白锈能够减缓基体腐蚀.     

机械镀锌成膜机理探讨

分析了目前对机械镀锌原理认识的合理性,提出了机械镀锌的成膜机理是在腐蚀微电池的作用下,镀液中的金属离子在阴极区电沉积,溶液中的金属粉末在阳极区发生溶解,电沉积的金属成膜助剂使金属粉末在基材上沉积.冲击作用在于搅拌溶液以减少浓差极化,使凝聚粉团变形利于成膜,破碎枝晶,方便堆砌.机械镀的成膜是化学电池产生的金属粉末的部分阳极自溶解和镀覆金属阴极电沉积的结果,从而将金属粉末和基体结合在一起.     

机械镀无结晶镀层致密化分析

采用少锡盐沉积机械镀锌工艺制备了机械镀锌的镀层.利用扫描电镜(SEM)观察机械镀锌层的断口形貌,借助晶体学的基础理论分析了镀层的结构,按其规律用散乱钢球堆积模型直观地模拟了镀层的立体结构,以此分析镀层的致密化机理.结果表明,机械镀锌镀层中的锌粉颗粒以散乱密堆的方式结合,形层过程不发生结晶现象;研究建立了机械镀无结晶镀层的最密填充理论模型,定量求得了镀层的孔隙率.     

机械镀锌层的X射线衍射分析

采用机械镀方法制备了锌镀层,运用X射线衍射技术分析了镀层的物相组成和锌粉颗粒的晶格参数。研究结果表明,机械镀锌层是由单质金属锌、锡和铁构成,镀层中没有辞、锡和铁之间的化合物或固溶体等合金相存在;由纳米亚晶构成的锌粉颗粒是镀层的主体,锌粉形成镀层后没有发生晶粒细化。     

机械沉积无结晶锌镀层的致密性研究

采用机械沉积方法获得了无结晶锌镀层,运用SEM、EDS分析了镀层的结构形貌和化学成分,运用XRD方法分析了镀层的物相组成,通过称重法分析了镀层的相对密度,并检测了试样的孔隙率.研究结果表明:机械沉积无结晶锌镀层是由锌粉颗粒、空隙和夹杂构成的粉末致密体结构;镀层为Zn、Sn和M组成的复合镀层;镀层中存在明显空隙,镀层的相对密度可达82.48%.     

机械镀锌基合金的研究现状及展望

机械镀已由传统的机械镀锌发展到镀锌基复合层.介绍了机械镀工艺在金属镀锌基合金方面的应用现状,简介了机械镀锌基合金层机理;综述了目前机械镀锌基合金工艺的研究现状及进展,重点概括了锌基复合镀层的种类及结构,并对机械镀锌基合金的发展进行了展望.     

机械镀Zn-Sn合金镀层锡还原沉积法工艺研究

为丰富和发展机械镀合金化镀层沉积方法及制备工艺,在机械镀Zn-Sn合金镀层工艺过程中,采用还原沉积活化剂替代金属锡粉,在复合的活化液作用下,锌粉以吸附沉积为主,锡的添加以还原沉积为主的镀层形成环境,可以在钢铁制品表面上形成机械镀Zn-25%Sn合金镀层.镀层性能测试结果表明:由于不使用金属锡粉作为原料,镀层中无粗大锡粉颗粒;在同样的运动和冲击条件下,还原沉积工艺方法使得机械镀Zn-25%Sn合金镀层的形成过程向着致密化和平整化的方向改变,得到的镀层平整、光亮、均匀性好,同时也有利于提高有色金属的使用率,降低生产成本.     

锌粉特性对机械镀锌层性能的影响

通过OLYMPUS-GX51型光学显微镜进行机械镀层金相组织检测和厚度测量、划线和划格试验及按GB/T 3091-2001 要求的硫酸铜溶液腐蚀试验,研究了锌粉粒度及形状对机械镀锌层性能的影响.试验表明:在相同机械镀锌工艺规范下,320目颗粒状锌粉镀层颗粒粗大且不均匀,厚度范围33～55 mm,500目颗粒状锌粉镀层不及500目片状锌粉镀层致密,厚度范围45～58 mm,500目片状锌粉镀层最致密颗粒分布也最均匀,厚度范围33～41 mm; 320目颗粒状锌粉、500目颗粒状锌粉、500目片状锌粉机械镀锌层与钢铁基体之间附着强度均达到有关国家标准;均匀性均达到GB/T 3091-2001要求;锌粉粒度越小对应其镀层耐蚀性及均匀性也越好;在相同粒度尺寸下(500目锌粉),片状锌粉比粒状锌粉的镀层具有更好的耐腐性.     

机械镀技术的现状及发展

近30多年来,机械镀技术取得了较大的发展,但相比于传统的电镀、热浸镀、热喷涂等技术,机械镀的工艺原理尚不成熟、工艺控制尚不精确、镀种较为单一、应用推广较为缓慢。鉴于此,从机械镀定义、工艺流程、镀层特征、工艺设备、成层过程金属粉末的吸附沉积、镀层组织结构、镀层的结合机制、镀层的致密化、机械镀的应用等方面全面评述了目前机械镀技术的研究现状及应用情况,并指出了机械镀锌与其他金属机械镀和粉末成型技术嫁接存在的实际问题,提出了今后机械镀机理研究的关键问题,以期促进机械镀技术及相关工艺的快速、良性发展。     

机械镀Zn-Al合金镀层的耐腐蚀性能研究

为了增强机械镀镀层的耐腐蚀性能,采用机械镀方法,以含铝5%(质量分数)的Zn-Al合金粉为原料,在Q235钢材基体表面制备了Zn-Al合金镀层。利用扫描电镜(SEM)表征了合金镀层的截面和断面形貌;采用极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)分析了合金镀层在3.5%NaCl溶液中的电化学行为;通过中性盐雾腐蚀实验分析了合金镀层的耐蚀性,并采用XRD分析了镀层的盐雾腐蚀产物。结果表明,Zn-Al合金镀层由葫芦状的Zn-Al合金颗粒交错互嵌堆积而成,镀层颗粒之间以类似隼接的连接方式搭接“卡锁”;与机械镀Zn层相比,Zn-Al合金镀层的腐蚀电位正移了209 mV,腐蚀电流密度仅为纯Zn镀层的7.1%左右,极化电阻为纯Zn镀层的14倍;Zn-Al合金镀层的容抗弧半径明显大于纯Zn镀层的弧半径,且Q_dl较纯锌层减小;纯Zn镀层出现白锈和红锈的时间分别为24和362 h,而Zn-Al合金镀层出现白锈和红锈的时间为48和504 h。Zn-Al合金镀层的耐中性盐雾腐蚀性能明显优于纯Zn镀层,合金镀层对电荷转移具有更好的抑制作用,且Zn-Al合金镀层的腐蚀产物结构致密,可增强物理屏蔽功能。     

预镀镍对化学镀Ni-P-PTFE复合涂层结构和性能的影响

本文研究了预镀镍过程中不同电流密度和不同沉积时间下形成的预镀镍层对Ni-PPTFE(Poly tetra fluoro ethylene)复合涂层的微观结构和力学性能的影响。首先对304不锈钢基体进行合理的前处理,然后在基体上闪镀一层镍,最后在基体上进行化学镀Ni-P-PTFE复合涂层。通过控制预镀镍过程中的电流密度和沉积时间,利用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、WS-2005涂层自动划痕仪、HSR-2M摩擦磨损试验机对复合涂层的微观结构和力学性能进行了表征。结果表明:不同电流密度和不同沉积时间下形成的预镀镍层对Ni-P-PTFE复合涂层的微观组织、涂层硬度、结合力和摩擦系数都具有较大的影响。当电流密度为3.3A/dm~2,沉积时间为6min时,NiP-PTFE复合涂层的综合性能最佳,复合涂层的表面光滑均匀,其硬度和结合强度分别达到3.874GPa和27.45N,表面摩擦系数为0.145。     

机械镀锌-镍复合镀层分析

锌-镍复合镀层耐蚀性优良,采用电镀、电刷镀和热浸镀获取镍-镍镀层有着许多问题.为此,采用锌粉、可溶性镍盐制备了锌-镍复合机械镀层.采用X射线衍射(XRD)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)分析了镀层中镍的物相及含量;采用贴滤纸法检测了镀层的孔隙率;采用中性盐雾试验方法检测了镀层的耐腐蚀性能.结果表明,锌-镍复合机械镀层中存在Zn、Ni、Sn、Ni3Sn4、SnO,镍主要以单质形式存在;镀层的连通空隙率为零;镀层与基体间结合良好;镀层厚度相同时,锌-镍复合机械镀层的耐腐蚀性能优于纯锌机械镀层.     

铜粉粒径对机械镀Cu-Zn镀层性能的影响

为获得更好的防护+装饰双重效果,采用不同粒径(200,400,800,1 000,1 200目)的铜金粉,利用机械镀技术在钢铁基体表面制备了铜-锌复合镀层。采用称重法分析了镀层的致密度,采用贴滤纸法检验了镀层孔隙率,采用划线划格法分析了镀层的结合强度,采用全浸腐蚀法及电化学极化法分析了镀层的耐腐蚀性能。结果表明:不同粒径铜金粉制备的镀层均覆盖完整,随铜粉粒径减小,复合镀层孔隙分布减少;随着铜粉粒径的减小,镀层的致密度逐渐增加,当铜粉粒径为1 000目时,Cu-Zn镀层的致密度已大于金属锌的密度;随着铜粉粒径的减小,镀层的结合强度增加,当铜粉粒径为200目时镀层的结合强度较差,而铜粉粒径小于400目时镀层的结合强度明显提高;随着铜粉粒径的减小,镀层的全浸腐蚀速率逐渐减小,耐腐蚀性增强。