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低氢脆(LHE)无氰刷镀镉技术及其应用
来源:本站发布时间:2020-06-06 09:16:29点击次数:524 次


摘要

通常将锌镉镀层用于钢铁基体的表面防腐镀层将低氢脆(LHE)镀层如低氢脆镉用于超高强度结构件的表面防腐镀层将锌基合金用作代镉镀层最新开发成功的光生阴极牺牲阳极保护复合镀层对基体金属具有双重防护作用可显著减轻基体金属的腐蚀速率在防腐性刷镀领域,FJY系列刷镀锌锌基合金低氢脆镉技术已广泛用于军民关键产品的表面防腐加工

关键词刷镀氢脆镀镉高强钢 

1 前言

为了防止或减轻钢铁金属的腐蚀人们采用了各种各样的防腐蚀方法在生产实践中最常用的防腐蚀方法是在钢铁基体上镀覆耐蚀性防腐镀层尽管耐蚀性镀层多种多样但是从其作用机理上看可以将其简单地分为两大类——阴极性镀层和阳极性镀层

1.1 阴极性镀层

对于钢铁基体金属而言阴极性镀层如铜镍镀层等是以形成机械保护膜的方式将腐蚀性环境与基体金属隔开从而保护钢铁基体免遭腐蚀阴极性镀层本身在其所处的腐蚀性介质中应具有较高的稳定性但是如果阴极性镀层本身存在缺陷如孔隙裂纹磨损等),其保护作用就会显著降低甚至还有加速基体金属腐蚀的可能性因此对于阴极性镀层而言镀层的完整性及其在腐蚀性介质中的稳定性是决定其耐蚀性高低的关键因素

1.2 阳极性镀层

对于钢铁基体金属而言阳极性镀层如锌镉镀层等是以机械保护或以牺牲自己保护基体自身优先腐蚀的双重保护方式防止基体金属发生腐蚀当镀层无缺陷时镀层对基体起机械保护作用当镀层有破损时阳极性镀层则代替基体金属优先发生阳极溶解或减缓基体金属发生阳极溶解的速率从而阻止基体金属的腐蚀或减缓基体金属腐蚀的速率因此阳极性镀层在腐蚀介质中的电化学特性腐蚀产物的稳定性致密性是决定其耐蚀性好坏的重要因素

与阴极性镀层不同即使阳极性镀层本身存在表面缺陷如孔隙裂纹等),如果缺陷的尺寸不大阳极性镀层仍具有保护基体金属免遭腐蚀的能力正因为如此人们总是希望选用阳极性镀层作为钢铁材料的保护层对于钢铁材料而言最常用的阳极性镀层是锌镀层和镉镀层

2 新型阳极性镀层

为了研制出耐蚀性比锌高毒性比镉小的无毒或低毒代锌代镉镀层20世纪80年代起以锌作为主要组成元素的锌基合金电镀工艺及其耐蚀性的研究方兴未艾结果表明作为阳极性防腐镀层锌基合金镀层有可能成为最有希望的代锌代镉镀层其中铁合金钴合金镍合金镀层是研究最多的三类锌基合金镀层

2.1 铁合金阳极镀层

近年来关于锌铁合金电镀工艺及其性能的研究报道越来越多一般认为含铁15-25wt%的锌铁合金镀层具有好的可焊性和良好的耐蚀性作为表面喷漆之前的中间层铁合金镀层已在汽车工业等领域得到广泛的应用

由于锌铁合金电镀液中的二价铁离子易氧化成三价铁离子并在镀层中形成铁氢氧化物的夹杂物降低了锌铁合金镀层本身的耐蚀性并导致镀层出现脆性镀层与基体之间的结合力下降等不良现象因此很多研究工作的重点集中在锌铁合金镀液稳定性的研究上另外由于锌铁合金镀层本身的腐蚀产物呈铁锈色所以很少有人将其作为零部件的表面镀层使用而将其用作表面喷漆之前的中间层

2.2 钴合金阳极镀层

与锌铁合金相比关于锌钴合金镀层电沉积特性及其耐蚀行为的研究报道较少可是越来越多的研究结果证明含钴量很少小于1wt%)的锌钴合金镀层就已经具有较好的耐蚀性因此钴合金镀层制备方法及其耐蚀特性的研究正逐步被人们所关注。Sard等人研究发现含钴为0.6-0.8wt%钴合金镀层的耐蚀性比纯锌镀层高出一倍以上。Shear在详细研究锌钴合金镀层组成与其耐蚀性之间的关系时指出含钴15wt%的锌钴合金镀层具有最好的耐蚀性也许是由于钴价昂贵的原因较少见到关于锌钴合金应用情况的报道

2.3 镍合金阳极镀层

到目前为止镍合金是锌基合金镀层中研究最多应用最广的锌基合金镀层虽然早在1905年就有关于锌镍合金电镀工艺研究的报道但是直到20世纪40年代后期才有一种商品名称叫作Coronizing的锌镍合金镀液投放市场进入20世纪80年代后期发达国家开始大规模地将锌镍合金镀层用于钢铁材料的表面保护日本是最早在汽车工业领域大规模应用锌镍合金镀层的国家90年代初期美国和欧洲的一些发达国家也相继在汽车壳体的生产中使用了锌镍合金镀层试验研究和实际应用结果均表明镍合金镀层的耐蚀性是纯锌镀层的6-10是镉镀层的3-4适当的钝化处理还可以进一步提高锌镍合金镀层的耐蚀性

镍合金镀层耐腐蚀性的高低主要取决于镀层中的含镍量由于研究者所采用的测试手段及评估方法各种各样所以不同作者报道的锌镍合金镀层耐蚀性与镀层中镍含量之间的相互关系并不完全相同尽管如此多数研究者认为含镍量在11-14wt%之间的锌镍合金镀层具有较好的耐蚀性含镍量为13wt%的锌镍合金镀层具有最好的耐蚀性

2.4 光生阴极牺牲阳极保护复合镀层

近年来人们又研发出了光生阴极牺牲阳极双重保护镀层了解更多相关信息请参阅万冰华费敬银等发表在中国腐蚀与防护学报上的研究论文)。该类镀层是一种添加有纳米二氧化钛微粒的阳极性镀层利用二氧化钛在光照条件下产生的光生电子提供阴极保护利用锌基合金镀层提供牺牲阳极保护此类镀层克服了外加电源阴极保护需要大型电气装置投资大保护不彻底维护成本高等一系列问题是一类新型环保可以利用再生能源的全新镀层防腐方法

2.5 低氢脆阳极镀层

在用电沉积法制备防腐镀层时阴极上不仅发生金属离子的还原反应还会发生氢的共沉积例如在阴极上会发生析氢反应(2H+ + 2e → 2H → H2↑)。在氢离子阴极还原的过程中先在工件表面形成吸附氢原子由于氢原子的体积很小容易以扩散等方式渗透到金属基体内部导致基础构件产生氢致损伤俗称氢脆)。强度越高的结构件氢脆敏感性越高与常见的金属腐蚀破坏特征不同材料出现氢脆破坏时在构件表面见不到肉眼看见的腐蚀产物如铁锈等),构件的尺寸形状也无任何变化但是构件在拉应力或疲劳载荷的作用下很容易发生突发性的脆性断裂导致灾难性后果的发生关于镀层氢脆行为与检测方法的研究请参阅张兴平费敬银发表在材料保护上论文超高强度钢环保型电镀锌镍合金层的耐蚀性研究”;惠百平费敬银发表在电镀与精饰上论文-镍合金电沉积过程中的渗氢行为”;王卫康费敬银发表在电镀与环保上论文电沉积Zn-Fe合金的渗氢行为研究”;耿军平费敬银发表在机械科学与技术上论文一种新型测氢传感器研究”;以及费敬银等发表在电刷镀技术上论文减轻刷镀氢损的方法及措施

3 低氢脆(LHE)镉阳极镀层

在中性的大气腐蚀环境中虽然镀锌层特别是经过钝化处理的镀锌层钢铁基体有较好的防腐蚀性能但是在更为苛刻的腐蚀性环境中如海洋性大气环境等服役的装备或对耐蚀性有极高要求零部件的电镀加工如飞机起落架等),人们倾向于选用具有更好耐蚀性的镉镀层作为钢铁基体的防腐蚀镀层由于镀镉液大多含有剧毒的氰化物且镉及镉的化合物都是有毒物质其毒副作用程度与汞砷相类似所以与食物饮品或人体相接触零部件的防腐绝对不能使用镀镉防腐技术镀镉层只能用在锌镀层不能满足耐蚀要求且不与人体或食物相接触的场合

随着航空工业的迅速发展要求飞机结构钢既具有高的强度又具有很好的耐蚀性特别是在海洋大气环境中服役的飞机舰船对耐蚀性的要求更高因此对于这类装备通常采用表面镀镉方法对高强度结构件进行表面防腐例如飞机结构件都是由高强度钢300M制成因此在镀镉生产时必须消除氢脆的影响一般采用两种方法减轻或消除镀镉氢脆问题。1.镀镉自上世纪80年代国内开始为美国波音飞机工业公司加工零部件同时也引进了美国的低氢脆镀镉钛生产工艺;2.对镀镉件进行除氢处理将构件置入200℃环境中加热24小时以上使渗入构件中的氢逸出构件相关标准评价方法见《ASTM F519》、《HB 5067》、《GB 6458》之规定

4 FJY低氢脆(LHE)刷镀锌镉及其合金镀层应用简介

刷镀作为一种特殊形式的表面加工技术已在不同领域得到推广应用在金属防腐方面也有许多成功应用的实例FJY系列刷镀锌技术可用于太阳能集热板的内壁防腐参见费敬银等发表在电镀与涂饰上的电刷镀技术太阳能集热器表面防腐中的应用”);航天通讯塔架金属构件采用FJY锌基合金刷镀工艺很好的解决了高达30米基础结构件的防腐问题轰炸机涡喷8”压气机叶轮采用FJY刷镀锌基合金技术进行局部防腐处理显著提高了飞机在海洋大气环境中的耐蚀能力

对于飞机超高强度结构件的表面防腐国外一般采用Selectron提供的LHE Sps 5070镀镉Dalic提供的No.2023镀镉刷镀工艺进行修复近年来随着西北工业大学研制成功的FJY系列低氢脆无氰镀镉工艺的普遍应用亚洲或非洲一些国家开始使用该工艺修复飞机结构件如起落架的局部镀镉到目前为止用户并未发现修复件存在质量问题使用效果与国际同类产品相当

5 结论

1.锌及其合金镀层对钢铁基体而言具有良好的防腐性能。。

2.光生阴极牺牲阳极保护镀层对基体金属具有双重保护作用

3.低氢脆(LHE)镀层如低氢脆镉可用于超高强度结构件的表面防腐处理

4.FJY系列刷镀锌锌基合金低氢脆镉等镀层已广泛用于军民关键产品的表面防腐加工


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