不同電解除油方式對甲基磺酸鹽鍍錫的影響

賈學閣， 張書弟， 安成強

(沈陽理工大學環境與化學工程學院，遼寧沈陽 110159)

引 言

鋼板在冷軋過程中要使用軋制油、乳化液以潤滑、冷卻帶鋼。軋后帶鋼表面帶有大量殘留物，主要為軋制油、乳化液、鐵粉及松散雜質等［1-3］。經過脫脂劑的清洗，原鋼板的表面質量得到提高，并且脫脂劑的清洗效果對后序工藝有很重要的作用。

電解法除油和化學除油一樣，廣泛地應用于鍍鋅和鍍錫鋼板的生產中。它主要是在脫脂液中通以直流電，由于電極的極化作用，降低油-溶液的界面張力，電極上析出的氫和氧氣泡，對油膜具有強烈的撕裂作用，能促進油膜迅速轉變為細小的油珠，氣泡上升時的機械攪拌作用，進一步強化除油過程［4］。由于上述原因，電化學除油不僅速度遠遠超過化學除油，并且除油徹底，效果良好［5］。

本實驗選冷軋板作為研究對象，研究不同的電解除油方式對試片表面活性的影響及后續鍍錫的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

采用冷軋板，試樣尺寸為60mm×80mm，脫脂劑為某鋼廠脫脂劑。用去離子水配制2%的堿溶液為脫脂劑，θ為(50±5)℃;電解除油Ja為10A/dm2，t為 4s。

鍍錫液配方:15～18g/L甲基磺酸亞錫(以錫計)，10～30ml/L抗氧化劑對苯二酚，30～50ml/L添加劑。閃鍍錫時Jκ為2A/dm2，t為2s(時間采用2s，主要是為了研究電解除油時，不同電極狀態對試片表面清洗結果，即試片表面殘留物對鍍錫初始時的影響，如果時間過長，試片表面已經生成一層鍍層，則不便分析電解除油工藝對鍍層質量的影響)。

1.2 實驗方法

1.2.1 極化曲線測試

極化曲線采用CS300型電化學測試系統對電極進行室溫環境下的穩態極化曲線動態測試，采用三電極體系［4］，工作電極是經脫脂劑清洗后的冷軋板樣片。樣片用環氧樹脂密封，只露出1cm2，其他部分進行封裝絕緣。參比電極為232型飽和甘汞電極(SCE)，213型鉑電極為輔助電極。測試溶液為3.5%的NaCl溶液。掃描速度為5mV/s，掃描范圍為 －0.25 ～0.25V。

1.2.2 點滴測試

用脫脂劑清洗試片后，用蒸餾水漂洗干凈，然后用專用測試液(外購成品)點滴，觀察試片出現紅點的時間，清洗效果越好，顯色的時間越短。

1.2.3 浸泡測試

配制5%的NaCl溶液，將電鍍之后的試片浸泡一段時間，取出試片，觀察試片表面銹蝕程度。

1.2.4 形貌分析

采用SSX-550型掃描電鏡(SEM)觀察不同除油方法處理后試片進行閃鍍錫的鍍層表面形貌。

2 結果與討論

2.1 不同電解除油對表面活性的影響

2.1.1 極化曲線測試結果

當脫脂劑除油，試樣作不同的電極狀態時，進行極化曲線測試，結果如圖1和表1所示。

圖1 不同電解除油方式的極化曲線

表1 不同電解除油方式的電化學參數

由圖1可以看出，試片經除油后在NaCl溶液中仍呈現陰極極化與陽極極化混合控制的現象。由表1可看出，原板的腐蝕電位較正，腐蝕電流最小，說明原板腐蝕速度慢，試片表面活性低，因為原板表面有一層平整液在保護試片。當原板經除油之后，試片的自腐蝕電流密度增大，自腐蝕電位負移，說明電解除油后試片的表面活性比較高，尤其是當試片作為陰極時，腐蝕電位最負，說明試片的表面活性最高，主要是因為當試片作陰極除油時，表面發生析氫反應，氫氣分子體積小，氣泡小、數量多、浮力大，所以它的攜帶能力和剝離能力都特別強;而當試片作陽極時，試片發生析氧反應，因為氧氣分子體積大，氣泡大、數量少，浮力相對氫氣泡小，其攜帶能力和剝離能力都較弱;所以當試片作陰極除油時，試片的表面活性最高。

2.1.2 點滴試驗結果

當脫脂劑除油，試樣作不同的電極狀態時，清洗干凈之后，進行點滴試驗，得到結果如表2所示。

由表2可知，沒有清洗的原板出現紅點的時間最久，因為原板表面有一層平整液，對試片進行保護，而當試片經不同的電解方式清洗之后，試片變紅的時間都變的較短，即試片表面活性都較高;尤其當試片作陰極除油時，表面完全變紅的時間最短，說明試片的表面活性最高，即不同的電解除油清洗之后，試片的表面活性提高，特別當試片作陰極電解除油時，對表面活性影響最大，與極化曲線測試結果一致。

表2 不同除油試片的點滴測試結果

2.2 不同的電解除油方式對閃鍍錫層的影響

2.2.1 極化曲線測試結果

試片經過不同的除油方式清洗后，進行閃鍍錫，然后對鍍層做極化曲線測試，結果如圖2和表3所示。

圖2 不同的除油方式閃鍍錫層極化曲線

表3 不同的除油方式閃鍍錫層的電化學參數

由圖2和表3可知，沒有進行除油的原板的鍍層質量最好，腐蝕電位比較正;主要是因為原板表面有一層平整液，雖然鍍層較薄，但是當鍍層被腐蝕之后，表面的平整液仍在保護基板;當除油時，在同一條件下，當試片經陰極電解除油后閃鍍錫，試片表面的耐蝕性最好;原因是試片經陰極除油由于析氫，除油效果較好，所以試片表面的活性最好，試片表面活性越好，晶粒生成的速度就較快，當短時間電鍍時，試片表面活性越高越先形成均勻、致密的鍍層。

2.2.2 浸泡試驗

試片經不同除油方式后閃鍍錫，然后進行浸泡試驗后，表面形態如圖3所示。

圖3 浸泡試驗后閃鍍錫層的表面形態照片

圖3(a)是試片作陽極電解除油后閃鍍錫，圖3(b)是試片作陰極電解除油后閃鍍錫，圖3(c)是試片經先陽極后陰極電解除油后閃鍍錫，圖3(d)是試片經先陰極后陽極電解除油后閃鍍錫，圖3(e)是原板直接電鍍錫。由圖3可以看出，原板表面銹蝕面積較小，主要因為試片表面有防銹油做保護，而試片經電解除油后，閃鍍錫2s。開始時，圖3(b)試片出現銹點的時間最長，但是隨著浸泡時間的變長，同一條件下，圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)和圖3(d)的鍍層銹蝕程度都較嚴重;原因是試片作陰極電解除油時表面活性最高，閃鍍2s錫后，鍍層比其他的較均勻耐蝕，但是隨著浸泡時間的增長，試片電鍍時間短、鍍層較薄，試片的表面活性相差不是很大，銹蝕情況都差不多。

2.2.3 表面形貌分析

試片經過不同方式的除油后，進行閃鍍錫2s，鍍層表面形貌見圖4。

圖4 不同的除油方式后閃鍍錫的SEM照片

由圖4可知，經過電解除油后閃鍍錫的錫層比較致密均勻，漏鍍面積較少;而試片直接進行電鍍錫的鍍層不平、晶粒粗大，明顯的漏鍍面積比較大。這是因為電解除油后試片表面活性高，錫離子沉積速度快，晶粒生成速度快，晶粒比較致密均勻，閃鍍時不容易漏鍍;而未經電解除油的試片表面活性差，錫離子沉積速度慢，閃鍍時漏鍍現象嚴重。

3 結論

通過極化曲線測試、點滴測試和浸泡試驗，對不同電解除油方式分析，材料表面活性和閃鍍錫后鍍層性能進行了比較。結果表明:試片作陰極電解除油時表面活性最高，且試片經過陰極電解除油后，進行閃鍍錫，鍍層比較均勻致密，且鍍層的質量較其他除油方式好。

［1］ 楊涌，王洪斌.新型冷軋不銹鋼帶脫脂劑的應用［J］.軋鋼，2010，27(1):28-29.

［2］ 王業科.冷軋帶鋼的電解清洗工藝及設備［J］.軋鋼，2001，18(3):30-32.

［3］ 王海林，張振林.冷軋帶鋼電解清洗設備的設計與實踐［J］.軋鋼，2009，26(2):51-53.

［4］ 謝守泉.WTZ-10型電解脫脂劑的研制［J］.表面技術，2002，31(1):53-54.

［5］ 電鍍手冊編寫組.電鍍手冊［M］.北京:國防工業出版社，1997:148-150.

［6］ 申佳佳.鋼鐵表面預處理的研究［D］.北京化工大學碩士論文，2013，3:26-27.