课题研究的主要内容

针对武钢重力法高速电镀锌生产线建立模拟试验装置，探究不同工艺条件下镀层的成核和晶核长大机理，总结工艺参数对镀层形貌、结晶取向的影响规律，继而分析其对耐蚀性、成型性等的影响，对生产线工艺规范的调整提供一定的指导。针对冷轧镀锌基板存在轧制缺陷的问题，利用闪镀镍技术对基板的缺陷位置进行填充，并分析经闪镀镍处理的基板镀锌后的形貌和耐蚀性。具体研究内容包括：

（1）针对重力法高速电镀锌钢板产品，利用场发射扫描电镜（FESEM）、X 射线衍射仪（XRD）获得镀锌层结晶形貌，探求高速电镀技术与静态电镀在形核和晶核长大机理上的区别，分析该种镀锌板的形貌、结晶取向与其加工性能的关联；

（2）利用模拟重力高速电镀设备，研究电流密度、钢板运动速度、镀液温度、沉积重量、镀液 pH 值、主盐浓度和基板类型等工艺参数对镀锌层微观形貌、结晶取向、耐蚀性和表面粗糙度的影响，总结上述工艺参数对镀层性能的影响规律，并深入分析每项工艺参数影响机理；

（3）优选适当工艺在有擦伤等缺陷的高速电镀锌基板表面闪镀镍，利用 FESEM 附带 BEI 及 EDS 分析填补效果并探讨机理，利用 FESEM、Tafel 极化等手段分析不同闪镀镍量对电镀锌层形貌、取向和耐蚀性的影响。

结果分析

根据电极电势，在瓦楞板的凹出，是弱电流密度区，凸处为强电流密度区，而离子电极电势越正，越容易在弱电流密度区（即凹处）沉积，现象见图 3.1.1。工业级硫酸锌溶液中可能会含有的杂质离子有：铜离子（Cu2+）、铅离子(Pb2+)、铁离子(Fe3+、Fe2+)、锰离子(Mn2+)、镉离子(Cd2+)等，其电极电势从大到小的顺序依次为：Eθ（Cu2+/ Cu）、Eθ（Pb2+/Pb）、Eθ（Cd2+/Cd）、Eθ（Fe2+/Fe）、Eθ（Zn2+/Zn）、Eθ（Mn2+/Mn）。因此在小电流条件下，电流密度较低，电极电势较正的 Cu2+先在凹处沉积，其次是 Pb2+、Cd2+、Fe2+。因为电极电势较负，锌离子会在凸出沉积，达到除杂的目的。

本文主要研究了常规静态电镀和重力法高速电镀工艺参数对镀层的影响，在镀层微观形貌和结晶取向上，系统分析了各自的工艺原理及特点，并进一步研究了对镀锌层粗糙度和耐蚀性的影响，分析了镀锌板缺陷产生的原因。

（1）常规静态电镀锌，电流密度低，随着电流密度的增加，镀层的微观形貌致密性逐渐下降，{10.2}面的衍射强度增强，粗糙度逐渐增大，耐蚀性逐渐降低；随着温度的升高，微观形貌质量先变好后又下降，在 40℃时，粗糙度是最低，自腐蚀电流密度最小， 腐蚀速率最低，耐蚀性最好；随着主盐浓度的增大，形核的速率降低，镀层微观形貌的粒径增大，孔隙率升高，粗糙度增大，耐蚀性下降。

（2）重力法高速电镀锌过程中，钢板与镀液的相对运动，降低了浓差极化并减薄了扩散层厚度，提高了极限电流密度和生产效率。在电沉积初始阶段，存在的氢氧化锌等吸附层促进锌粒的二维形核和外延生长，形成以六方形片状晶型为主的倾斜于基板表面排列的微观形貌。随着电流密度（20~60A/dm2）的增加，镀锌层致密性越好，{00.2}基面的衍射强度略微增强，{10.3}、{11.0}、{11.2}、{10.2}等晶面的衍射强度逐渐减弱， 表面粗糙度上升，耐蚀性增强；随着钢板运动速度（60~120m/min）提高，镀层结晶越致密，{00.2}基面、{11.2}锥面的衍射强度略微下降，其他的面变化不大，粗糙度下降， 耐蚀性增强 。

（3）与静态电镀工艺相比，重力法电镀锌的主要优势是应用极限电流密度高，生产效率高，形核几率高速率快。

（4）镀锌基板的缺陷属于卷取擦伤，由于镍良好的深镀能力，镍与基体的良好的晶格适配度，以及擦伤位置适于电沉积的扭结点数量的增多，闪镀镍对镀锌基板擦伤位置具有良好的填充作用，镀镍层与基板界面结合良好。由于闪镀镍后基体表面{110}台阶的缺失，以及弥散的镍晶粒阻碍锌晶粒的外延生长，因此随着闪镀时间的增加（10～180s），锌层的结晶尺寸减小，结晶状态趋于致密，基面织构系数明显增加。Tafel 极化曲线结果表明，随着闪镀镍时间的增加，自腐蚀电流密度降低，极化电阻增大，耐蚀性增强。