電解酸洗方式對鍍錫帶鋼性能的影響

安成強， 安 愷， 張文靜， 博 煒

（1.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159；2.東北大學(xué)，遼寧 沈陽110819；3.上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京210039）

0 前言

鍍錫板是兩面都鍍有純錫的低碳冷軋薄帶鋼［1-2］。電鍍錫薄鋼板通常是將冷軋薄帶鋼通過堿洗、酸洗、電鍍等工序處理而成的。帶鋼的酸洗工藝主要有化學(xué)酸洗和電解酸洗兩類。電解酸洗因具有腐蝕能力強、速度快、清洗質(zhì)量好等優(yōu)點，在電鍍錫機組中得到了廣泛的應(yīng)用［3］。電解酸洗時，工件既可以作為陽極，也可以作為陰極，還可以陰陽極交替酸洗。本實驗主要研究了陰極酸洗、陽極酸洗、陰陽極交替酸洗對帶鋼及鍍錫層的影響。

1 實驗

1.1 試樣的制備

將厚度3mm 的低碳冷軋薄板加工成50mm×50mm。先用脫脂劑洗去試樣表面殘留的油污，再用蒸餾水沖洗干凈后酸洗、電鍍錫。電解酸洗采用70g／L的H2SO4溶液，溫度35℃，電流1.0A，時間20s。將兩個鉛-錫合金分別作為電解陽極、陰極，接通電源。分別將試樣進行陰極酸洗、陽極酸洗和陰陽極交替酸洗。隨后將酸洗過的試樣進行電鍍錫，溫度45℃，電流0.4A，時間30s。

1.2 酸洗效果的評價

（1）硫酸銅點滴試驗

將配制好的硫酸銅溶液滴在酸洗過的原板上，記下試片變色的時間。在每個試片上滴3次，取平均值。

返銹試驗：將酸洗過的原板放入5%的NaCl溶液中，10s后取出，與垂直線成45°角靠在燒杯壁上，觀察并記錄出現(xiàn)銹蝕點的時間。

（2）電化學(xué)測試

通過PARSTAT 2273型電化學(xué)工作站對原板進行陽極極化和陰極極化測試。采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極（SCE），輔助電極為鉑電極，工作電極為待測試樣，工作面積為1cm2。腐蝕介質(zhì)為3.5%的NaCl溶液。

（3）中性鹽霧試驗

試驗設(shè)備為DCTC1200P 型鹽霧腐蝕試驗箱。參照《鹽霧腐蝕試驗方法》（GB／T 10125—1997）進行中性鹽霧試驗。腐蝕介質(zhì)為5%的NaCl溶液，噴霧方式為連續(xù)噴霧。以樣品表面出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物的面積來評價鍍錫層的耐蝕性［4］。

（4）金相顯微鏡觀察

采用BM-53XA 型掃描電子顯微鏡觀察不同酸洗工藝所得鍍錫層的表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同酸洗工藝對原板的影響

2.1.1 耐蝕性

陰極酸洗、陽極酸洗、陰陽極交替酸洗的效果不同。首先，將試樣放入連接好的陽極區(qū)酸洗20s，用蒸餾水洗凈、吹干后，備用。同樣，將試樣通過陰極區(qū)酸洗20s。最后，將試樣通過陽極區(qū)、陰極區(qū)各酸洗10s，取出、洗凈后吹干。通過硫酸銅點滴試驗和返銹試驗，研究不同酸洗方式對帶鋼表面氧化皮去除效果的影響。

表1 不同酸洗工藝對原板耐蝕性的影響

由表1可知：三種電解酸洗方式對于去除帶鋼表面氧化皮都有一定的作用。其中，陽極酸洗的硫酸銅點滴時間、返銹時間大于陰極酸洗的；陰陽極交替酸洗的硫酸銅點滴時間和返銹時間最短，說明其去除帶鋼表面氧化皮的效果最好。

在試樣作為陽極的電解過程中，氧氣可引起銹皮的物理剝離。但是，陽極酸洗速率低，金屬容易過腐蝕。當(dāng)試樣作為陰極時，表面產(chǎn)生氫氣，氫氣的逸出也可加快酸洗速率。氫氣析出多而致密，故去除表面氧化皮的速率快，而且陰極產(chǎn)生的氫氣是陽極產(chǎn)生氧氣的兩倍，所以陰極電解的酸洗效果比陽極電解的好。但是，在酸洗過程中新生態(tài)的氫容易進入金屬材料的內(nèi)部，使材料發(fā)生氫脆。

陽極酸洗時，雖然沒有滲氫，但金屬極易過腐蝕，且酸洗效果一般。陰極酸洗雖然可避免金屬的過腐蝕，但有滲氫的傾向。先陰極酸洗后陽極酸洗的交替電解酸洗，可排除滲入的氫，也提高了帶鋼鍍錫生產(chǎn)的質(zhì)量［5］。

2.1.2 電化學(xué)測試

用電化學(xué)工作站分別測試試片在硫酸中的陽極極化和陰極極化行為，結(jié)果如圖2所示。

圖2 試片的陽極極化曲線和陰極極化曲線

在電解過程中主要的電解反應(yīng)如下：

借助于電解時產(chǎn)生的氫氣和氧氣，使試片表面的氧化物爆裂疏松。當(dāng)試片作為陽極時，表面產(chǎn)生氧氣，氧化膜發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而溶解，從而起到消除氧化皮的作用。反應(yīng)式如下：

當(dāng)試片作為陰極時，試片表面發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣。正是由于這種原理，采用陰陽極交替電解酸洗去除殘留氧化膜的效果最佳。

2.2 不同酸洗工藝對鍍錫層的影響

2.2.1 鍍錫層的金相形貌

分別將三種方式酸洗后的鍍錫層進行金相顯微鏡測試，觀察鍍錫層的覆蓋情況。測試結(jié)果見圖3。

圖3 不同酸洗方式下所得鍍錫層的金相顯微鏡照片

鍍錫層的金相照片進一步表明：陰陽極交替酸洗后的鍍錫層覆蓋較完整，有少量凸起物氧化膜，且膜層較均勻、細致；陰極酸洗后的鍍錫層形貌優(yōu)于陽極酸洗的；陽極酸洗后鍍錫層覆蓋不完全，說明其在一定條件下去除帶鋼表面氧化膜的效果稍差。

2.2.2 鍍錫層的鹽霧試驗

表2為經(jīng)過不同酸洗方式后電鍍錫試樣在中性鹽霧試驗中的銹蝕情況。經(jīng)過96h后，記錄鍍錫層的銹蝕面積。由表2可知：陰極酸洗后鍍錫層表面銹蝕面積小于陽極酸洗后的。前處理采用陰陽極交替酸洗后的鍍錫層出現(xiàn)銹蝕面積最小，說明其耐蝕性最好。由此可知，鍍錫前處理采用陰陽極交替酸洗可提高鍍錫層的表面質(zhì)量及耐蝕性，給生產(chǎn)帶來可觀的參考價值。

表2 中性鹽霧試驗結(jié)果

3 結(jié)論

研究了前處理工藝中不同電解酸洗方式對帶鋼及鍍錫板耐蝕性的影響。結(jié)果表明：采用陰陽極交替酸洗后，帶鋼表面氧化皮處理干凈，且電鍍得到的鍍錫板晶粒細化，鍍層更加致密，耐蝕性較好；陰極酸洗效果僅次與陰陽極交替酸洗的，而陽極酸洗的效果最差。綜合陰極和陽極電解酸洗的優(yōu)點，有助于獲得較好的表面質(zhì)量。

［1］ARENAS M A，CONDE A，DE DAMBORENEA J J.Cerium：A suitable green corrosion inhibitor for tinplate［J］.Corrosion Science，2002，44（3）：511-520.

［2］PERRING L，BASIC-DVORZAK M.Determination of total tin in canned food using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy［J］.Analytical and Bioanalytical Chemistry，2002，374（2）：235-243.

［3］卜福明，葉純杰，潘紅良.熱軋430不銹鋼表面氧化皮的電解酸洗、混酸酸洗工藝研究［J］.材料保護，2010，43（5）：46-48.

［4］高志強，衛(wèi)英慧.草酸鈉對鍍鋅層三價鉻藍白鈍化的影響［J］.電鍍與涂飾，2012，31（3）：23-25.

［5］鄭天亮，張華，楊青.周期反向脈沖電流對電解酸洗中鋼板滲氫的影響［J］.表面技術(shù)，2003，32（2）：33-34.