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热浸锌-钛合金镀层钢板的电化学行为:结果与讨论

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-19  浏览次数:757

1.塔菲尔极化曲线

 

   纯锌镀层与不同含钛量的Zn-Ti合金镀层钢板的电化学极化曲线如图1所示。

 

 

图1纯锌和锌--tt合金钢板在14'=5%的NaCl溶液中的

塔菲尔极化曲线

Figure l Tafel polarization curves for Zn and Zn-Ti galvanized steel sheets in 5%(mass fraction)NaCI solution

 

从图l可以看出,锌浴中添加不同含量的钛对极化曲线形状并没有较大的影响,电极反应过程基本相同。锌一钛镀层的自腐蚀电位比纯锌镀层略有提高,其极化曲线上的阳极分枝和阴极分枝都向电流密度降低的方向移动,阴极和阳极过程受抑制的程度增强。

 

表1是热浸镀锌及锌一钛合金镀层的电化学极化参数。从表1可以看出,在锌浴中添加钛可使镀层表面的自腐蚀电位提高,极化电阻增大,腐蚀电流减小。与纯锌镀层相比,Zn-Ti镀层的自腐蚀电位最大正移了12 mV,极化电阻增大了近一倍,腐蚀电流密度可降低50%。这表明Zn-Ti合金镀层在w=5%的NaCl溶液中发生自发腐蚀的倾向比纯锌镀层小,钛对镀锌层的电化学腐蚀具有抑制作用。其中,当锌浴中钛的质量分数为0.05%时,钢板的腐蚀电流密度最小,耐腐蚀性最好。

 

表1纯锌和锌—钛合金钢板的电化学极化参数

Table l Electrochemical polarization parameters of Zn andZn—Ti ealvanized steel sheet

 

 

2.电化学阻抗谱

 

   图2是在锌浴中添加不同钛后获得的热浸镀层在5%(质量分数)NaCl溶液中的Bode和Nyquist阻抗谱。

 

 

图2纯锌和锌—钛合金镀层在w=5%的NaCl溶液中的

电化学阻抗谱

Figure 2 EIS spectra of Zn and Zn-Ti galvanized coatings in5%(mass fraction)Nacl solution

 

   从图2a的Bode模图中可以看出,与纯锌镀层相比,锌一钛合金镀层的曲线向上移动,其低频阻抗增大,锌浴中添加钛会增强镀锌层的耐腐蚀性能,在低频端测得的系统的总阻抗增加近一个数量级,说明锌一钛合金镀层的耐蚀性与纯锌镀层相比有所提高,对钢板的保护作用增强。锌浴中钛的质量分数为O.O5%时,阻抗值最大,表明此时镀层具有最佳的耐腐蚀性能。

 

   从图2b的Bode相图可以看出,热浸镀层在氯化钠溶液中的电化学阻抗谱都具有2个时间参数,对应了2个状态变量。这2个时间常数,一个与表面氧化膜的电阻、电容有关,出现在高频端;另一个与锌的腐蚀反应电阻及双电层电容有关,出现在低频端。从曲线的高频端可知,Zn-Ti镀层的最大相位角值均比纯锌镀层大,表明添加Ti后在镀层中形成的氧化膜层提高了对腐蚀介质侵蚀的阻滞作用;与纯锌镀层相比,Zn-Ti镀层的频率一相位角曲线均向低频方向移动,表明了Zn-Ti镀层耐腐蚀性能提高的总体趋势。

 

   纯锌镀层和Zn-Ti镀层试样的Nyquist图都呈现出如图2c所示的2个容抗弧(一个高频容抗弧和一个低频容抗弧)。对于热浸镀锌,高频容抗弧的形成是由于锌层表面在含Cl-的电解质条件下产生了羟氯化锌和氧化锌的混合物,阻碍了电荷转移;低频容抗弧与电解质在膜层孔隙中的扩散作用有关[6]。纯锌镀层的高频阻抗值比较小,说明腐蚀反应较剧烈。热镀纯锌层表面由于锌基体直接与腐蚀介质接触,因此容易发生阳极溶解反应。

 

   锌浴中添加钛,改变了镀锌层在溶液中的阻抗谱特征,无论在高频区还是低频区,锌钛合金镀层的阻抗都比纯锌镀层有所增加。随着锌浴中钛的质量分数由o.01%增到o.10%,高频容抗弧显著增大。当锌浴单钛的质量分数为0和0.05%时,其高频端容抗弧的直径分别约为l70和600,后者比前者增加了2倍多;整个高频端容抗弧的弦长分别是215和910,后者比前者增加了3倍多。弧的直径越大,阻抗值也越大,表明腐蚀电流密度减小,腐蚀减慢;因而锌浴中添加钛后,镀层的耐腐蚀性提高。

 

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