专利名称：纳米晶锌镀层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲电沉积纳米晶锌镀层的制备方法，属脉冲电镀工艺技术领域。
背景技术：
镀锌是钢铁材料防腐蚀的有效方法之一，镀锌钢材在汽车、建筑、家电、化工、交通及国防等领域的应用十分广泛。近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，各工业部门对镀锌钢材的需求日益增加，尤其对镀锌钢板的需求增加更快。镀锌层经纳米化后，其机械、物理、电学、化学等方面的性能均有明显提高，这使得纳米技术近年来获得了快速发展和广泛重视。与产品镀层相比，纳米晶镀层具有更高的硬度、耐磨性、延展性、耐蚀性及加工性等性能。因此镀锌层的纳米化是改善其综合性能的有效技术途径之一。
Youssef等人(J.Electrochem.Soc.2004，Vol.151(103-C111)在氯化物镀锌体系中加入硫脲和聚丙烯酰胺混合添加剂，制备出晶粒尺寸在50nm的锌镀层。喻敬贤等人(高等学校化学学报，1999.20(1)107-110)在氯化钾光亮镀锌液中通过调整添加剂也制备出了纳米锌镀层。这些研究表明，有机添加剂能够有效增大锌的阴极沉积的过电位和成核速率，从而导致形成纳米晶锌层。
H.Yan等人(J.Electrochem.Soc.，1996，Vol.1431577-1583)和中国专利(申请号200310107939.X)中曾报道采用直流电沉积技术，在硫酸盐溶液中制备出了纳米晶片叠层锌镀层，但是这些镀层的晶粒尺寸均未实现三维尺度上的纳米化。
Saber等人(Mater.Sci、Eng.A.2003，341174-181)采用脉冲电沉积技术在氯化物镀液中获得了纳米晶锌镀层。与直流电相比，脉冲电沉积方法可以采用更高的脉冲峰电流密度，提高锌的阴极沉积的过电位和成核速率，从而生成纳米晶锌镀层。
目前，在酸性硫酸盐体系中尚难以制备出晶粒尺寸小于100纳米的锌镀层。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备纳米晶锌镀层的方法，并采用合适的工艺参数，使能制备出晶粒尺寸小于100nm的锌镀层。
本发明提供一种纳米晶锌镀层的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤a.首先配制酸性硫酸锌镀液，硫酸锌镀液的浓度为300～700g/L；并采用稀硫酸调节，使其PH值为1～4；b.然后加入混合有机添加剂，即加入硫脲和苄叉丙酮的混合添加剂，硫脲的浓度为0.5～3g/L，苄叉丙酮的浓度为0.1～2g/L；镀液的温度为15～50℃；c.采用脉冲电镀方法进行脉冲电沉积；在盛有上述硫酸锌溶液的电镀槽中，以被镀碳钢为阴极，以不溶性电极为阳极，通入脉冲电流；脉冲电流密度峰值(Jp)为0.1～5A/cm2，通电时间范围(Ton)为1～8ms，断电时间范围(Toff)为4～15ms，总电镀时间为1～15分钟；最终可获得粒径小于100nm的纳米晶锌镀层。
本发明的特点是(1)采用酸性硫酸盐体系，不添加其他导电盐，镀液易维护；(2)利用硫脲和苄叉丙酮混合有机添加剂的协同作用，能有效地增大锌的阴极沉积的过电位和成核速率，使易于生成纳米晶锌镀层；(3)脉冲电流信号的参数范围较宽，制备过程中信号的波动对镀层的影响较小。
具体实施例方式
现将本发明的实施例其体叙述于后。
实施例1本实施例中的制备过程和步骤如下a.首先配制酸性硫酸锌镀液，采用硫酸锌(ZnSO4·7H2O)溶于蒸馏水中，配制成浓度为350g/L的硫酸锌镀液，再用稀硫酸调节至PH值为1；b.然后加入硫用脲(H2NCSNH2)和苄叉丙酮(C6H5CH＝CHCOCH2)组成的混合有机添加剂；硫脲的浓度为1g/L，苄叉丙酮的浓度为0.5g/L；镀液的温度为25℃；c.采用脉冲电镀方法进行脉冲电沉积；在盛有上述硫酸锌溶液的电镀槽中，以被镀材料钢板为阴极，以Ti/IrO2涂层电极为阳极，通入脉冲电流；脉冲电流密度峰值(Jp)为2A/cm2，通电时间(Ton)为4ms，断电时间(Toff)为8ms，总电镀时间为5min；最终可获得平均粒径为70nm的纳米晶锌镀层。
将实验所得的锌镀层用X射线衍射分析仪场发射电镜进行测试，发现纳米晶锌镀层中的锌晶粒尺寸在57～79nm范围内。
权利要求
1.一种纳米晶锌镀层的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤a.首先配制酸性硫酸锌镀液，硫酸锌镀液的浓度为300～700g/L；并采用稀硫酸调节，使其PH值为1～4；b.然后加入混合有机添加剂，即加入硫脲和苄叉丙酮的混合添加剂，硫脲的浓度为0.5～3g/L，苄叉丙酮的浓度为0.1～2g/L；镀液的温度为15～50℃；c.采用脉冲电镀方法进行脉冲电沉积；在盛有上述硫酸锌溶液的电镀槽中，以被镀碳钢材料为阴极，以不溶性电极为阳极，通入脉冲电流；脉冲电流密度峰值(Jp)为0.1～5A/cm2，通电时间范围(Ton)为1～8ms，断电时间范围(Toff)为4～15ms，总电镀时间为1～15分钟；最终可获得粒径小于100nm的纳米晶锌镀层。
全文摘要
本发明涉及一种脉冲电沉积纳米晶锌镀层的制备方法，属脉冲电镀工艺技术领域。本发明方法的制备过程和步骤为(1)首先配制酸性硫酸锌镀液，其浓度为300～700g/L，并采用稀硫酸调节使其pH值为1～4；(2)加入硫脲和苄叉丙酮的混合有机添加剂，硫脲的浓度为0.5～3g/L，苄叉丙酮的浓度为0.1～2g/L；镀液的温度为15～50℃；(3)采用脉冲电镀方法进行脉冲电沉积；在盛有上述硫酸锌溶液的电镀槽中，以被镀材料钢板为阴极，以不溶性电极为阳极，通入脉冲电流，脉冲电流密度峰值为0.1～5A/cm
文档编号C25D5/00GK1818145SQ20061002328
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月12日 优先权日2006年1月12日
发明者李谋成, 姜莉莉, 张文麒, 沈嘉年 申请人:上海大学