電沉積鍍層對建筑鋼結構耐蝕性的影響

郝增寶

（淄博職業學院 建筑工程學院，山東 淄博255314）

0 前言

隨著科學技術的不斷進步，作為國民經濟重要基礎材料的建筑鋼結構也在不斷提升自身的品質和性能。耐蝕性關系著建筑鋼結構的使用壽命和安全性。如何提高建筑鋼結構的耐蝕性，是需要解決的重要技術問題之一。建筑設計者為提高建筑鋼結構的耐蝕性，曾經做過很多實驗，如改變自身材料、對材料進行表面處理等。這些方法雖然能夠提升建筑鋼結構的抗腐蝕強度，但仍然滿足不了用戶對建筑鋼結構耐蝕性的要求，抗腐蝕技術還需大力研究，持續改進［1-3］。本文在Q235B建筑鋼結構表面電沉積鍍層，研究建筑鋼結構在電沉積鍍層作用下的反應。

1 實驗

1.1 實驗材料及流程

本文選取的實驗樣品是Q235B鋼，其沖擊韌性和延性性能好、穩定性強，是建筑鋼結構常用的鋼種。利用Q8型直讀光譜儀與HW2000型紅外硫磷分析儀對其化學成分進行檢測，結果為：C 0.189%，Mn 1.362%，Si 0.316%，S 0.027%，P 0.031%。

將Q235B鋼分成4組：1＃樣品未電沉積鍍層，2＃樣品電沉積納米鎳，3＃樣品電沉積Ni65Cu35合金，4＃樣品電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金。首先，對2＃～4＃樣品進行脫脂處理（磷酸三鈉35g／L，碳酸鈉35g／L，碳酸氫鈉5g／L，氫氧化鈉30g／L，58～62℃）；然后，將各樣品放入質量分數為25%、溫度為30℃的鹽酸中，經過60s的化學反應后，樣品表面的鈍化膜被去除；接著，對電沉積納米鎳與電沉積Ni65Cu35合金的表面分別進行處理。電沉積納米鎳的工藝參數為：硫酸鎳250g／L，氯化鎳15g／L，表面活性劑A 5g／L，硼酸42g／L，pH值3.0±0.5，3.5A／dm2，（40±2）℃，4min，鍍層厚度8μm。電沉積Ni65Cu35合金的工藝參數為：氰化鈉15g／L，五水合硫酸銅10g／L，氫氧化鈉25g／L，六水合硫酸鎳50g／L，表面活性劑B 3.2g／L，pH值≤1，6A／dm2，（50±2）℃，55min，鍍層厚度12μm。

1.2 檢測方法

采用JSM 6010型掃描電鏡觀察鍍層的表面形貌。采用Innov-X Terra型X射線衍射儀對鍍層進行物相分析。采用Winner801型納米激光粒度儀對電沉積納米鎳的粒度分布進行分析。

通過乙酸鹽霧試驗（AASS試驗）與電化學腐蝕試驗，分別對各樣品的耐蝕性進行測試。

采用YWS-250型鹽霧腐蝕試驗箱進行AASS試驗。所需要的試驗溶液是氯化鈉溶液。在溶液中放入適量的冰乙酸，氯化鈉的質量濃度保持在45～55g／L，鹽霧腐蝕試驗箱中收集液的pH值保持在3.1～3.3，溫度保持在33～37℃，試驗時間為240 h。試驗開始前，先用110℃的烘箱將樣品烘干，達到恒重；再將樣品放入真空干燥箱中，待其冷卻至室溫時，稱重。試驗措施要符合《人造氣氛腐蝕試驗——鹽霧試驗》（GB／T 10125—1997）。試驗中，每隔24h取出樣品，稱重。清除樣品表面的鹽霧腐蝕產物要符合《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產物的清除》（GB／T 16545—1996）；同時，采用純乙醇將樣品清洗三次，吹干后，達到恒重，再稱重，得到質量損失率。在試驗過程中，采用金相顯微鏡觀察樣品的表面狀況。

采用電化學分析測試儀器進行電化學腐蝕試驗。采用三電極體系測試法，參比電極為甘汞電極，輔助電極為鉑黑電極，工作電極為實驗樣品電極。電解液采用氫氧化鉀溶液，其濃度為6mol／L。測試溫度保持在24～26℃，掃描速率為0.002V／s。樣品在-1.2V的恒電位下極化180s后，再進行工作電極制作，必須對塔菲爾曲線測試面進行處理，要磨平后再進行拋光；把銅線焊在測試面的反面，同時用石蠟對樣品進行密封，除測試面外的其余面都要封好。

2 結果與討論

2.1 納米鎳的粒度分布測試

Q235B鋼電沉積納米鎳后，其鍍層中納米鎳的粒度分布，如圖1所示。由圖1可知：制備的納米鎳鍍層中納米鎳的粒度在5～80nm之間呈正態分布，納米鎳的粒度主要集中在30～50nm。

2.2 AASS試驗

圖1 納米鎳的粒度分布

AASS試驗240h后，各樣品的質量損失率，如圖2所示。由圖2可知：1＃樣品經過乙酸鹽霧腐蝕后，其質量損失率達到了14.8%；相比之下，2＃～4＃樣品在乙酸鹽霧腐蝕環境中的質量損失率下降。由此得出，電沉積納米鎳和電沉積Ni65Cu35合金，對于Q235B建筑鋼結構的抗乙酸鹽霧腐蝕有很大的作用。其原因為：金屬鎳具有很強的鈍化性能，會在建筑鋼結構表面產生一層薄的鈍化膜，建筑鋼結構的耐蝕性大大增強。與納米鎳鍍層相比，Ni65Cu35合金鍍層表面的鈍化膜抵御腐蝕介質的能力更強，改善建筑鋼結構的抗腐蝕作用更大；電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金，所得鍍層的致密性提高，也就意味著其抗乙酸鹽霧腐蝕的作用增強，這樣建筑鋼結構的使用年限會大大延長。

圖2 各樣品經過AASS試驗后的質量損失率

各樣品腐蝕后的表面形貌，如圖3所示。由圖3可知：1＃樣品由于沒有經過電沉積處理，遭遇腐蝕最嚴重，出現了很多腐蝕坑點；而2＃～4＃樣品由于經過電沉積處理，獲得表面鍍層，防腐蝕能力明顯增強。樣品腐蝕程度的順序為：4＃樣品＜3＃樣品＜2＃樣品＜1＃樣品。4＃樣品由于經過電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金，其腐蝕程度最輕，僅有少量的腐蝕點。由此可知，對Q235B建筑鋼結構進行電沉積鍍層，可以大大提升其在乙酸鹽霧環境中的耐蝕性。要大力提升建筑鋼結構的耐蝕性，最有效的方法是電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金。

圖3 各樣品經過AASS試驗后的表面形貌

2.3 電化學腐蝕試驗

各樣品同時進行電化學腐蝕試驗，所得塔菲爾曲線，如圖4所示。由圖4可知：2＃～4＃樣品的自腐蝕電位正移，其中正移幅度最大的是4＃樣品，其正移率達到78.45%。金屬材料的耐蝕性主要取決于電位正移。通過電化學腐蝕試驗數據，可以得出：建筑鋼結構電沉積鍍層后，其耐蝕性大大增強；同時，電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金的抗腐蝕作用比單一鍍層的更大。

3 結論

圖4 各樣品的塔菲爾曲線

（1）電沉積納米鎳、Ni65Cu35合金，都可以提升Q235B建筑鋼結構的抗腐蝕作用；同時，電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金的抗腐蝕作用比單一鍍層的更大。

（2）電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金的鋼結構與未進行電沉積處理的相比較，經過240h乙酸鹽霧腐蝕后，其質量損失率由14.8%下降到1.9%。

（3）電沉積鍍層能使建筑鋼結構試樣的自腐蝕電位發生正移。由試驗可知：經過電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金處理的建筑鋼結構試樣的正移幅度最大，由-1.16V變化至-0.25V，其正移率達到78.45%。

［1］陳國虞，張政權，王在忠.海洋大氣中鋼結構用鋅鋁偽合金噴涂層防腐蝕體系［J］.熱處理，2011，26（1）：10-16.

［2］羅順，劉立斌，陳和興，等.低壓等離子噴涂NiCoCrAlYTa涂層微觀結構及抗氧化性能［J］.熱加工工藝，2009，38（14）：109-114.

［3］張洪奎，張寧，曹旦夫.沿海地區鋼結構的腐蝕及防腐涂層［J］.油氣儲運，2012，31（2）：135-138.