專利名稱：納米晶鋅鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖電沉積納米晶鋅鍍層的制備方法，屬脈沖電鍍工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鍍鋅是鋼鐵材料防腐蝕的有效方法之一，鍍鋅鋼材在汽車、建筑、家電、化工、交通及國防等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，各工業(yè)部門對(duì)鍍鋅鋼材的需求日益增加，尤其對(duì)鍍鋅鋼板的需求增加更快。鍍鋅層經(jīng)納米化后，其機(jī)械、物理、電學(xué)、化學(xué)等方面的性能均有明顯提高，這使得納米技術(shù)近年來獲得了快速發(fā)展和廣泛重視。與產(chǎn)品鍍層相比，納米晶鍍層具有更高的硬度、耐磨性、延展性、耐蝕性及加工性等性能。因此鍍鋅層的納米化是改善其綜合性能的有效技術(shù)途徑之一。
Youssef等人(J.Electrochem.Soc.2004，Vol.151(103-C111)在氯化物鍍鋅體系中加入硫脲和聚丙烯酰胺混合添加劑，制備出晶粒尺寸在50nm的鋅鍍層。喻敬賢等人(高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，1999.20(1)107-110)在氯化鉀光亮鍍鋅液中通過調(diào)整添加劑也制備出了納米鋅鍍層。這些研究表明，有機(jī)添加劑能夠有效增大鋅的陰極沉積的過電位和成核速率，從而導(dǎo)致形成納米晶鋅層。
H.Yan等人(J.Electrochem.Soc.，1996，Vol.1431577-1583)和中國專利(申請(qǐng)?zhí)?00310107939.X)中曾報(bào)道采用直流電沉積技術(shù)，在硫酸鹽溶液中制備出了納米晶片疊層鋅鍍層，但是這些鍍層的晶粒尺寸均未實(shí)現(xiàn)三維尺度上的納米化。
Saber等人(Mater.Sci、Eng.A.2003，341174-181)采用脈沖電沉積技術(shù)在氯化物鍍液中獲得了納米晶鋅鍍層。與直流電相比，脈沖電沉積方法可以采用更高的脈沖峰電流密度，提高鋅的陰極沉積的過電位和成核速率，從而生成納米晶鋅鍍層。
目前，在酸性硫酸鹽體系中尚難以制備出晶粒尺寸小于100納米的鋅鍍層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備納米晶鋅鍍層的方法，并采用合適的工藝參數(shù)，使能制備出晶粒尺寸小于100nm的鋅鍍層。
本發(fā)明提供一種納米晶鋅鍍層的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟a.首先配制酸性硫酸鋅鍍液，硫酸鋅鍍液的濃度為300～700g/L；并采用稀硫酸調(diào)節(jié)，使其PH值為1～4；b.然后加入混合有機(jī)添加劑，即加入硫脲和芐叉丙酮的混合添加劑，硫脲的濃度為0.5～3g/L，芐叉丙酮的濃度為0.1～2g/L；鍍液的溫度為15～50℃；c.采用脈沖電鍍方法進(jìn)行脈沖電沉積；在盛有上述硫酸鋅溶液的電鍍槽中，以被鍍碳鋼為陰極，以不溶性電極為陽極，通入脈沖電流；脈沖電流密度峰值(Jp)為0.1～5A/cm2，通電時(shí)間范圍(Ton)為1～8ms，斷電時(shí)間范圍(Toff)為4～15ms，總電鍍時(shí)間為1～15分鐘；最終可獲得粒徑小于100nm的納米晶鋅鍍層。
本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)采用酸性硫酸鹽體系，不添加其他導(dǎo)電鹽，鍍液易維護(hù)；(2)利用硫脲和芐叉丙酮混合有機(jī)添加劑的協(xié)同作用，能有效地增大鋅的陰極沉積的過電位和成核速率，使易于生成納米晶鋅鍍層；(3)脈沖電流信號(hào)的參數(shù)范圍較寬，制備過程中信號(hào)的波動(dòng)對(duì)鍍層的影響較小。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例其體敘述于后。
實(shí)施例1本實(shí)施例中的制備過程和步驟如下a.首先配制酸性硫酸鋅鍍液，采用硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)溶于蒸餾水中，配制成濃度為350g/L的硫酸鋅鍍液，再用稀硫酸調(diào)節(jié)至PH值為1；b.然后加入硫用脲(H2NCSNH2)和芐叉丙酮(C6H5CH＝CHCOCH2)組成的混合有機(jī)添加劑；硫脲的濃度為1g/L，芐叉丙酮的濃度為0.5g/L；鍍液的溫度為25℃；c.采用脈沖電鍍方法進(jìn)行脈沖電沉積；在盛有上述硫酸鋅溶液的電鍍槽中，以被鍍材料鋼板為陰極，以Ti/IrO2涂層電極為陽極，通入脈沖電流；脈沖電流密度峰值(Jp)為2A/cm2，通電時(shí)間(Ton)為4ms，斷電時(shí)間(Toff)為8ms，總電鍍時(shí)間為5min；最終可獲得平均粒徑為70nm的納米晶鋅鍍層。
將實(shí)驗(yàn)所得的鋅鍍層用X射線衍射分析儀場發(fā)射電鏡進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)納米晶鋅鍍層中的鋅晶粒尺寸在57～79nm范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米晶鋅鍍層的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程和步驟a.首先配制酸性硫酸鋅鍍液，硫酸鋅鍍液的濃度為300～700g/L；并采用稀硫酸調(diào)節(jié)，使其PH值為1～4；b.然后加入混合有機(jī)添加劑，即加入硫脲和芐叉丙酮的混合添加劑，硫脲的濃度為0.5～3g/L，芐叉丙酮的濃度為0.1～2g/L；鍍液的溫度為15～50℃；c.采用脈沖電鍍方法進(jìn)行脈沖電沉積；在盛有上述硫酸鋅溶液的電鍍槽中，以被鍍碳鋼材料為陰極，以不溶性電極為陽極，通入脈沖電流；脈沖電流密度峰值(Jp)為0.1～5A/cm2，通電時(shí)間范圍(Ton)為1～8ms，斷電時(shí)間范圍(Toff)為4～15ms，總電鍍時(shí)間為1～15分鐘；最終可獲得粒徑小于100nm的納米晶鋅鍍層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈沖電沉積納米晶鋅鍍層的制備方法，屬脈沖電鍍工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法的制備過程和步驟為(1)首先配制酸性硫酸鋅鍍液，其濃度為300～700g/L，并采用稀硫酸調(diào)節(jié)使其pH值為1～4；(2)加入硫脲和芐叉丙酮的混合有機(jī)添加劑，硫脲的濃度為0.5～3g/L，芐叉丙酮的濃度為0.1～2g/L；鍍液的溫度為15～50℃；(3)采用脈沖電鍍方法進(jìn)行脈沖電沉積；在盛有上述硫酸鋅溶液的電鍍槽中，以被鍍材料鋼板為陰極，以不溶性電極為陽極，通入脈沖電流，脈沖電流密度峰值為0.1～5A/cm
文檔編號(hào)C25D5/00GK1818145SQ20061002328
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者李謀成, 姜莉莉, 張文麒, 沈嘉年 申請(qǐng)人:上海大學(xué)