Zn-Fe合金镀层的耐蚀性及其渗氢行为研究

论文摘要

由于Zn-Fe合金镀层具有优良的耐蚀性，近年来已将其作为代镉、代锌镀层而广泛应用于汽车、航空、电子等行业。Zn-Fe合金镀层主要应用在钢铁基体材料上，其制备方法主要是通过电镀实现，电镀虽然能增强刚体基体的抗腐蚀性能，但是却容易导致局部氢脆现象的发生。所以表面处理技术人员必须掌握避免或削弱渗氢的技术，将渗氢的影响降低到最低限度。 该论文用电化学无损测氢方法对碱性锌酸盐体系和酸性氯化物体系Zn-Fe合金电沉积过程中的耐蚀性为和渗氢行为进行了试验研究，从而为寻找具有良好的耐蚀性、较低氢渗透的Zn-Fe合金电镀工艺提供试验依据。 在文中，首先，对碱性锌酸盐体系、酸性氯化物体系Zn-Fe合金镀层电镀工艺进行筛选，通过对两种体系镀层耐蚀性的研究，确定了两种体系Zn-Fe合金的电镀工艺参数。研究结果表明，酸性氯化物体系中，pH值是影响耐蚀性最重要的因素；碱性锌酸盐体系中，阴极电流密度是影响其耐蚀性的最主要因素。其次，利用电化学渗无损测氢研究方法对两种体系Zn-Fe合金电沉积过程中的渗氢行为进行了研究；研究结果表明，同样电镀条件下，酸性氯化物体系镀层电镀过程中的渗氢电流比碱性锌酸盐体系的要小，且在同一种镀液体系中，渗氢电流随着温度的升高、电流密度的增大而增加；同时对两种镀液体系、在不同工艺条件下的电沉积Zn-Fe合金试样进行慢应变速率拉伸试验，通过对充氢试样断裂时间长短、抗拉强度变化、氢脆系数与电化学测试渗氢曲线对比分析，并结合对断口微观形貌的分析，验证了电化学无损测氢方法对于测定Zn-Fe合金电沉积过程中渗氢行为的可行性。 由上述研究可以得出，电化学无损测氢研究方法能够较好的对Zn-Fe合金电沉积过程中的渗氢行为进行实时监控和研究，同时可以用实验结果较好的评价电镀工艺参数对镀层氢渗透能力的影响。本文研究得到的Zn-Fe合金电沉积过程中的渗氢行为及其耐蚀性研究结果，为航空航天重要结构件和受力件的表面处理工艺的深入研究起到了一定的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 Zn-Fe合金电沉积镀层的发展现状及其研究进展
• 1.1.1 Zn-Fe合金镀层简介
• 1.1.2 Zn-Fe合金电沉积镀层的发展现状
• 1.1.3 Zn-Fe合金镀液体系
• 1.1.4 Zn-Fe合金镀层的镀层结构
• 1.1.5 Zn-Fe合金镀层电沉积机理
• 1.1.6 Zn-Fe合金镀层耐蚀机理
• 1.2 氢对金属的影响
• 1.2.1 氢损伤的危害性及其分类
• 1.2.2 氢脆机理
• 1.3 氢探测仪的种类
• 1.3.1 压力型氢传感器
• 1.3.2 真空型氢传感器
• 1.3.3 电化学氢传感器
• 1.4 氢渗透数学分析模型的研究现状
• 1.5 本论文的研究目标和研究内容
• 1.5.1 论文的研究目标
• 1.5.2 论文的研究内容
• 1.5.3 论文的研究方案
• 第二章 Zn-Fe合金镀层电沉积研究方法
• 2.1 Zn-Fe合金镀层耐蚀性研究实验方法
• 2.1.1 实验材料及试件的制备
• 2.1.2 实验装置、仪器及设备
• 2.1.3 实验内容
• 2.2 Zn-Fe合金镀层电沉积过程中渗氢行为研究方法
• 2.2.1 电化学渗氢测量基本原理及装置图
• 2.2.2 实验仪器及设备
• 2.2.3 试样材料及制备
• 2.2.4 试验溶液及其配制
• 2.2.5 实验程序
• 2.3 本章小结
• 第三章 氢在基体渗透的理论基础
• 3.1 氢的吸附和进入
• 3.1.1 气体氢的吸附和进入
• 3.1.2 阴极充氢
• 3.2 氢在金属中的溶解和扩散
• 3.2.1 氢在金属中的存在状态
• 3.2.2 氢在金属中的扩散
• 3.2.3 氢陷阱的影响
• 3.3 氢渗透电化学研究方法
• 3.3.1 电化学渗氢的基本原理
• 3.3.2 非稳态电流时间滞后法
• 3.3.3 逐步法
• 3.3.4 非稳态电位时间滞后法
• 3.3.5 脉冲法
• 3.3.6 强制振荡法
• 3.3.7 自激振荡法
• 3.3.8 比较析氢法
• 3.3.9 六种电化学渗氢方法比较
• 3.4 本章小节
• 第四章 实验结果与分析
• 4.1 Zn-Fe合金镀层耐蚀性研究实验结果与分析
• 4.1.1 电流效率的测定结果
• 4.1.2 Zn-Fe合金镀层外观状态的分析
• 4.1.3 镀层的耐蚀性正交实验结果分析
• 4.1.4 工艺参数对镀层铁含量的影响
• 4.1.5 镀层铁含量与耐蚀时间之间的关系
• 4.1.6 工艺参数对镀层微观形貌的影响
• 4.2 Zn-Fe合金镀层渗氢行为研究实验结果与分析
• 4.2.1 工艺参数对渗氢电流的影响
• 4.2.2 试样氢脆敏感性的评价
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论和创新点
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间科研成果和发表的论文