贾学阁， 张书弟， 安成强

(沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳 110159)

引 言

钢板在冷轧过程中要使用轧制油、乳化液以润滑、冷却带钢。轧后带钢表面带有大量残留物，主要为轧制油、乳化液、铁粉及松散杂质等［1-3］。经过脱脂剂的清洗，原钢板的表面质量得到提高，并且脱脂剂的清洗效果对后序工艺有很重要的作用。

电解法除油和化学除油一样，广泛地应用于镀锌和镀锡钢板的生产中。它主要是在脱脂液中通以直流电，由于电极的极化作用，降低油-溶液的界面张力，电极上析出的氢和氧气泡，对油膜具有强烈的撕裂作用，能促进油膜迅速转变为细小的油珠，气泡上升时的机械搅拌作用，进一步强化除油过程［4］。由于上述原因，电化学除油不仅速度远远超过化学除油，并且除油彻底，效果良好［5］。

本实验选冷轧板作为研究对象，研究不同的电解除油方式对试片表面活性的影响及后续镀锡的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

采用冷轧板，试样尺寸为60mm×80mm，脱脂剂为某钢厂脱脂剂。用去离子水配制2%的碱溶液为脱脂剂，θ为(50±5)℃;电解除油Ja为10A/dm2，t为 4s。

镀锡液配方:15～18g/L甲基磺酸亚锡(以锡计)，10～30ml/L抗氧化剂对苯二酚，30～50ml/L添加剂。闪镀锡时Jκ为2A/dm2，t为2s(时间采用2s，主要是为了研究电解除油时，不同电极状态对试片表面清洗结果，即试片表面残留物对镀锡初始时的影响，如果时间过长，试片表面已经生成一层镀层，则不便分析电解除油工艺对镀层质量的影响)。

1.2 实验方法

1.2.1 极化曲线测试

极化曲线采用CS300型电化学测试系统对电极进行室温环境下的稳态极化曲线动态测试，采用三电极体系［4］，工作电极是经脱脂剂清洗后的冷轧板样片。样片用环氧树脂密封，只露出1cm2，其他部分进行封装绝缘。参比电极为232型饱和甘汞电极(SCE)，213型铂电极为辅助电极。测试溶液为3.5%的NaCl溶液。扫描速度为5mV/s，扫描范围为 －0.25 ～0.25V。

1.2.2 点滴测试

用脱脂剂清洗试片后，用蒸馏水漂洗干净，然后用专用测试液(外购成品)点滴，观察试片出现红点的时间，清洗效果越好，显色的时间越短。

1.2.3 浸泡测试

配制5%的NaCl溶液，将电镀之后的试片浸泡一段时间，取出试片，观察试片表面锈蚀程度。

1.2.4 形貌分析

采用SSX-550型扫描电镜(SEM)观察不同除油方法处理后试片进行闪镀锡的镀层表面形貌。

2 结果与讨论

2.1 不同电解除油对表面活性的影响

2.1.1 极化曲线测试结果

当脱脂剂除油，试样作不同的电极状态时，进行极化曲线测试，结果如图1和表1所示。

图1 不同电解除油方式的极化曲线

表1 不同电解除油方式的电化学参数

由图1可以看出，试片经除油后在NaCl溶液中仍呈现阴极极化与阳极极化混合控制的现象。由表1可看出，原板的腐蚀电位较正，腐蚀电流最小，说明原板腐蚀速度慢，试片表面活性低，因为原板表面有一层平整液在保护试片。当原板经除油之后，试片的自腐蚀电流密度增大，自腐蚀电位负移，说明电解除油后试片的表面活性比较高，尤其是当试片作为阴极时，腐蚀电位最负，说明试片的表面活性最高，主要是因为当试片作阴极除油时，表面发生析氢反应，氢气分子体积小，气泡小、数量多、浮力大，所以它的携带能力和剥离能力都特别强;而当试片作阳极时，试片发生析氧反应，因为氧气分子体积大，气泡大、数量少，浮力相对氢气泡小，其携带能力和剥离能力都较弱;所以当试片作阴极除油时，试片的表面活性最高。

2.1.2 点滴试验结果

当脱脂剂除油，试样作不同的电极状态时，清洗干净之后，进行点滴试验，得到结果如表2所示。

由表2可知，没有清洗的原板出现红点的时间最久，因为原板表面有一层平整液，对试片进行保护，而当试片经不同的电解方式清洗之后，试片变红的时间都变的较短，即试片表面活性都较高;尤其当试片作阴极除油时，表面完全变红的时间最短，说明试片的表面活性最高，即不同的电解除油清洗之后，试片的表面活性提高，特别当试片作阴极电解除油时，对表面活性影响最大，与极化曲线测试结果一致。

表2 不同除油试片的点滴测试结果

2.2 不同的电解除油方式对闪镀锡层的影响

2.2.1 极化曲线测试结果

试片经过不同的除油方式清洗后，进行闪镀锡，然后对镀层做极化曲线测试，结果如图2和表3所示。

图2 不同的除油方式闪镀锡层极化曲线

表3 不同的除油方式闪镀锡层的电化学参数

由图2和表3可知，没有进行除油的原板的镀层质量最好，腐蚀电位比较正;主要是因为原板表面有一层平整液，虽然镀层较薄，但是当镀层被腐蚀之后，表面的平整液仍在保护基板;当除油时，在同一条件下，当试片经阴极电解除油后闪镀锡，试片表面的耐蚀性最好;原因是试片经阴极除油由于析氢，除油效果较好，所以试片表面的活性最好，试片表面活性越好，晶粒生成的速度就较快，当短时间电镀时，试片表面活性越高越先形成均匀、致密的镀层。

2.2.2 浸泡试验

试片经不同除油方式后闪镀锡，然后进行浸泡试验后，表面形态如图3所示。

图3 浸泡试验后闪镀锡层的表面形态照片

图3(a)是试片作阳极电解除油后闪镀锡，图3(b)是试片作阴极电解除油后闪镀锡，图3(c)是试片经先阳极后阴极电解除油后闪镀锡，图3(d)是试片经先阴极后阳极电解除油后闪镀锡，图3(e)是原板直接电镀锡。由图3可以看出，原板表面锈蚀面积较小，主要因为试片表面有防锈油做保护，而试片经电解除油后，闪镀锡2s。开始时，图3(b)试片出现锈点的时间最长，但是随着浸泡时间的变长，同一条件下，图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)的镀层锈蚀程度都较严重;原因是试片作阴极电解除油时表面活性最高，闪镀2s锡后，镀层比其他的较均匀耐蚀，但是随着浸泡时间的增长，试片电镀时间短、镀层较薄，试片的表面活性相差不是很大，锈蚀情况都差不多。

2.2.3 表面形貌分析

试片经过不同方式的除油后，进行闪镀锡2s，镀层表面形貌见图4。

图4 不同的除油方式后闪镀锡的SEM照片

由图4可知，经过电解除油后闪镀锡的锡层比较致密均匀，漏镀面积较少;而试片直接进行电镀锡的镀层不平、晶粒粗大，明显的漏镀面积比较大。这是因为电解除油后试片表面活性高，锡离子沉积速度快，晶粒生成速度快，晶粒比较致密均匀，闪镀时不容易漏镀;而未经电解除油的试片表面活性差，锡离子沉积速度慢，闪镀时漏镀现象严重。

3 结论

通过极化曲线测试、点滴测试和浸泡试验，对不同电解除油方式分析，材料表面活性和闪镀锡后镀层性能进行了比较。结果表明:试片作阴极电解除油时表面活性最高，且试片经过阴极电解除油后，进行闪镀锡，镀层比较均匀致密，且镀层的质量较其他除油方式好。

［1］ 杨涌，王洪斌.新型冷轧不锈钢带脱脂剂的应用［J］.轧钢，2010，27(1):28-29.

［2］ 王业科.冷轧带钢的电解清洗工艺及设备［J］.轧钢，2001，18(3):30-32.

［3］ 王海林，张振林.冷轧带钢电解清洗设备的设计与实践［J］.轧钢，2009，26(2):51-53.

［4］ 谢守泉.WTZ-10型电解脱脂剂的研制［J］.表面技术，2002，31(1):53-54.

［5］ 电镀手册编写组.电镀手册［M］.北京:国防工业出版社，1997:148-150.

［6］ 申佳佳.钢铁表面预处理的研究［D］.北京化工大学硕士论文，2013，3:26-27.