电沉积镀层对建筑钢结构耐蚀性的影响

2014-01-29郝增宝

电镀与环保 2014年4期

郝增宝

（淄博职业学院建筑工程学院，山东淄博255314）

0 前言

随着科学技术的不断进步，作为国民经济重要基础材料的建筑钢结构也在不断提升自身的品质和性能。耐蚀性关系着建筑钢结构的使用寿命和安全性。如何提高建筑钢结构的耐蚀性，是需要解决的重要技术问题之一。建筑设计者为提高建筑钢结构的耐蚀性，曾经做过很多实验，如改变自身材料、对材料进行表面处理等。这些方法虽然能够提升建筑钢结构的抗腐蚀强度，但仍然满足不了用户对建筑钢结构耐蚀性的要求，抗腐蚀技术还需大力研究，持续改进［1-3］。本文在Q235B建筑钢结构表面电沉积镀层，研究建筑钢结构在电沉积镀层作用下的反应。

1 实验

1.1 实验材料及流程

本文选取的实验样品是Q235B钢，其冲击韧性和延性性能好、稳定性强，是建筑钢结构常用的钢种。利用Q8型直读光谱仪与HW2000型红外硫磷分析仪对其化学成分进行检测，结果为：C 0.189%，Mn 1.362%，Si 0.316%，S 0.027%，P 0.031%。

将Q235B钢分成4组：1＃样品未电沉积镀层，2＃样品电沉积纳米镍，3＃样品电沉积Ni65Cu35合金，4＃样品电沉积纳米镍／Ni65Cu35合金。首先，对2＃～4＃样品进行脱脂处理（磷酸三钠35g／L，碳酸钠35g／L，碳酸氢钠5g／L，氢氧化钠30g／L，58～62℃）；然后，将各样品放入质量分数为25%、温度为30℃的盐酸中，经过60s的化学反应后，样品表面的钝化膜被去除；接着，对电沉积纳米镍与电沉积Ni65Cu35合金的表面分别进行处理。电沉积纳米镍的工艺参数为：硫酸镍250g／L，氯化镍15g／L，表面活性剂A 5g／L，硼酸42g／L，pH值3.0±0.5，3.5A／dm2，（40±2）℃，4min，镀层厚度8μm。电沉积Ni65Cu35合金的工艺参数为：氰化钠15g／L，五水合硫酸铜10g／L，氢氧化钠25g／L，六水合硫酸镍50g／L，表面活性剂B 3.2g／L，pH值≤1，6A／dm2，（50±2）℃，55min，镀层厚度12μm。

1.2 检测方法

采用JSM 6010型扫描电镜观察镀层的表面形貌。采用Innov-X Terra型X射线衍射仪对镀层进行物相分析。采用Winner801型纳米激光粒度仪对电沉积纳米镍的粒度分布进行分析。

通过乙酸盐雾试验（AASS试验）与电化学腐蚀试验，分别对各样品的耐蚀性进行测试。

采用YWS-250型盐雾腐蚀试验箱进行AASS试验。所需要的试验溶液是氯化钠溶液。在溶液中放入适量的冰乙酸，氯化钠的质量浓度保持在45～55g／L，盐雾腐蚀试验箱中收集液的pH值保持在3.1～3.3，温度保持在33～37℃，试验时间为240 h。试验开始前，先用110℃的烘箱将样品烘干，达到恒重；再将样品放入真空干燥箱中，待其冷却至室温时，称重。试验措施要符合《人造气氛腐蚀试验——盐雾试验》（GB／T 10125—1997）。试验中，每隔24h取出样品，称重。清除样品表面的盐雾腐蚀产物要符合《金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除》（GB／T 16545—1996）；同时，采用纯乙醇将样品清洗三次，吹干后，达到恒重，再称重，得到质量损失率。在试验过程中，采用金相显微镜观察样品的表面状况。

采用电化学分析测试仪器进行电化学腐蚀试验。采用三电极体系测试法，参比电极为甘汞电极，辅助电极为铂黑电极，工作电极为实验样品电极。电解液采用氢氧化钾溶液，其浓度为6mol／L。测试温度保持在24～26℃，扫描速率为0.002V／s。样品在-1.2V的恒电位下极化180s后，再进行工作电极制作，必须对塔菲尔曲线测试面进行处理，要磨平后再进行抛光；把铜线焊在测试面的反面，同时用石蜡对样品进行密封，除测试面外的其余面都要封好。

2 结果与讨论

2.1 纳米镍的粒度分布测试

Q235B钢电沉积纳米镍后，其镀层中纳米镍的粒度分布，如图1所示。由图1可知：制备的纳米镍镀层中纳米镍的粒度在5～80nm之间呈正态分布，纳米镍的粒度主要集中在30～50nm。

2.2 AASS试验

图1 纳米镍的粒度分布

AASS试验240h后，各样品的质量损失率，如图2所示。由图2可知：1＃样品经过乙酸盐雾腐蚀后，其质量损失率达到了14.8%；相比之下，2＃～4＃样品在乙酸盐雾腐蚀环境中的质量损失率下降。由此得出，电沉积纳米镍和电沉积Ni65Cu35合金，对于Q235B建筑钢结构的抗乙酸盐雾腐蚀有很大的作用。其原因为：金属镍具有很强的钝化性能，会在建筑钢结构表面产生一层薄的钝化膜，建筑钢结构的耐蚀性大大增强。与纳米镍镀层相比，Ni65Cu35合金镀层表面的钝化膜抵御腐蚀介质的能力更强，改善建筑钢结构的抗腐蚀作用更大；电沉积纳米镍／Ni65Cu35合金，所得镀层的致密性提高，也就意味着其抗乙酸盐雾腐蚀的作用增强，这样建筑钢结构的使用年限会大大延长。

图2 各样品经过AASS试验后的质量损失率

各样品腐蚀后的表面形貌，如图3所示。由图3可知：1＃样品由于没有经过电沉积处理，遭遇腐蚀最严重，出现了很多腐蚀坑点；而2＃～4＃样品由于经过电沉积处理，获得表面镀层，防腐蚀能力明显增强。样品腐蚀程度的顺序为：4＃样品＜3＃样品＜2＃样品＜1＃样品。4＃样品由于经过电沉积纳米镍／Ni65Cu35合金，其腐蚀程度最轻，仅有少量的腐蚀点。由此可知，对Q235B建筑钢结构进行电沉积镀层，可以大大提升其在乙酸盐雾环境中的耐蚀性。要大力提升建筑钢结构的耐蚀性，最有效的方法是电沉积纳米镍／Ni65Cu35合金。

图3 各样品经过AASS试验后的表面形貌

2.3 电化学腐蚀试验

各样品同时进行电化学腐蚀试验，所得塔菲尔曲线，如图4所示。由图4可知：2＃～4＃样品的自腐蚀电位正移，其中正移幅度最大的是4＃样品，其正移率达到78.45%。金属材料的耐蚀性主要取决于电位正移。通过电化学腐蚀试验数据，可以得出：建筑钢结构电沉积镀层后，其耐蚀性大大增强；同时，电沉积纳米镍／Ni65Cu35合金的抗腐蚀作用比单一镀层的更大。