摘 要：研究了在碱性锌酸盐镀液中加入含铁补充剂后，得到镀层含铁量为0．4％～0．8％的锌铁合金电镀新工艺，讨论了影响镀层铁含量的各种因素，测试了镀层及镀液的性能。结果表明，锌铁合金镀层与锌镀层相比，更加光亮、细致，结晶致密，耐蚀性得到进一步提高。
关键词：碱性锌酸盐；锌铁合金；电镀
目前，在钢铁基零件上以镀锌作为防护性镀层非常广泛，为提高镀锌层抗腐蚀能力，人们研究了锌系合金镀层，如Zn-Ni、Zn-CO、Zn-Fe等。锌铁合金是锌系合金中成本最低的合金镀层，对钢铁基体而言属于阳极性镀层，具有电化学保护作用，其镀层不仅具有优良的抗蚀性，而且拥有良好的焊接加工性、抗蠕变性，能充分利用原有的镀锌设备实现直接转化。含铁量为0．2％～0．8％的Zn-Fe合金镀层与相同厚度的锌镀层相比，耐蚀性可提高2～3倍，而且硬度高、韧性好、机械性能也明显优于锌镀层。因此，含铁量低于1％的锌一铁合金电镀，因为可以钝化，耐蚀性强、成本低而成为今后研究发展和应用的方向。这里介绍了在碱性锌酸盐镀锌基础上研制的电镀光亮Zn-Fe合金工艺，结果表明，含铁量0．4％～0．8％的锌铁合金镀层，外观均匀光亮，结晶细致，抗腐蚀能力高于锌镀层。
1实验部分
1．1工艺流程
打磨一化学除油一水洗一酸洗一水洗一镀Zn-Fe合金一水洗一出光一水洗一钝化一水洗一吹干。
1．2工艺配方及操作条件
实验所用试剂均为化学纯，小槽试验阴极为铜片，阳极为锌板。工艺配方及操作条件如下所示：
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ZnO(g／L) |
10～12 |
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NaOH(g／L) |
120～140 |
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光亮剂(ml／L) |
15～20 |
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辅助剂(m1／L) |
5～8 |
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含铁补充剂(ml／L) |
20～35 |
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阴极电流密度Dk(A／dm2) |
0.5～4 |
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温度(℃) |
15～40 |
1．3镀液和镀层性能测试
镀层铁含量分析采用IRIS InterpidⅡXSf"型等离子原子发射光谱仪(美国热电公司)进行测定。先将镀层用1：1 HCl溶解后，加入2滴H202，煮沸后冷至室温后再测定其中铁含量，计算出镀层中含铁量。
镀液阴极电流效率测定采用称重计算法，深镀能力采用玻璃管内插极片法测定。
2结果与讨论
2．1镀层外观及结合力
在前述实验条件下所得到的镀层表面平整光滑，结晶细致光亮，与基体结合力好。将镀后的铜片反复弯曲180°直至基体折断，镀层不剥落、不起皮；划两条相距2 rnrn的平行线，划破镀层达到基体，划线间镀层无任何脱落。说明合金镀层与基体结合力良好，脆性低、韧性好。
2．2影响镀层铁含量的因素
2．2．1镀液中含铁量对镀层中铁含量的影响
室温下，在镀液中加入不同体积的铁盐溶液，恒定电流密度Dk=1．5 A／dm2，在不锈钢试片上电镀30 min，将所得镀层进行含铁量的分析，结果如下表所示：随镀液中铁含量增多，镀层中铁含量也逐渐增加。
2．2．2阴极电流密度对镀层铁含量的影响
当电流密度大于
可得到光亮的镀层。2所示。可以看出：随电流密度增大，镀层中铁含量也增大，
在镀液中加入35 mL／L含铁补充剂(相当于0.25gFe2+)，恒定Dk：1.5 A／dm2，改变不同的温度在不锈钢试片上电镀30 min，分析铁含量。分析结果如表3所示：温度较低时，随温度增加，镀层中铁含量增加；当温度继续增高，镀层中铁含量将逐渐降低。从外观上看，温度在35℃以下时，镀层都很光亮，超过35℃，镀层光亮度有所下降，有点粗糙。所以，对该碱性锌酸盐体系镀锌铁合金，在17℃～35℃范围内都可得到光亮的镀层，有较宽的工作温度范围。
综上所述，镀液中铁盐含量、电流密度和温度等因素都对镀层中的铁含量有影响，其中镀液中铁盐含量对镀层铁含量影响最大。在实际电镀操作中，可通过调节电流密度、温度和镀液中铁盐的含量来控制镀层中的含铁量。
2．3镀层耐蚀性
将镀锌试片与锌铁合金试片在同一低铬彩钝液中钝化吹干后，放入5％NaCl液中浸泡观察失重现象。经过三个多月的实验观察，试片的失重率都很低，但镀锌试片的表面已出现红锈，而锌铁合金试片的表面只出现了白锈。
2．3．4锌铁合金镀层耐腐蚀机理探讨
同镀锌层一样，锌一铁合金镀层对基体(如钢铁)而言也属于阳极性保护镀层，因而既有电化学保护作用，又不因微电池电动势过高而使镀层过快腐蚀，镀层中的铁具有抑制腐蚀的效果。镀层中铁的引入有利于表面结晶细化、组织致密，提高耐蚀性。在随后的钝化工艺中，会有少量铁迁移进入钝化膜，并与铬酸形成较稳定化合物，使得钝化膜更致密，镀层硬度提高，获得高耐蚀性钝化膜，进一步提高了锌一铁合金镀层的耐蚀性。
2．4镀液性能
2．4．1电流效率
电流效率采用称重计算法。工作温度为室温，Dk=1．5A／dmm2，t=20 min。当镀层铁含量为0．52％时，实测电流效率nk=73.0%.
2．4．2深镀能力
采用玻璃管内插极片法测深镀能力，玻璃管深镀长100。mm，内径10。mm；阴极面积为100×9 mm，；Dk=1．5 A／dm2室温t=10 min。按下列公式计算深镀能力：T.P(％)=镀层长度／管长×100％
实验结果得到深镀能力为100％；上下两端各有15mm为全光亮，中间部分为半光亮。
3结论
(1)研究了一种碱性锌酸盐体系电镀Zn-Fe合金工艺，镀层铁含量0．4％～0．8％。
(2)得到的锌铁合金镀层全光亮，结晶细致，有良好的结合力，钝化后耐蚀性优于锌镀层。
