柠檬酸钠对锌-锰-铁电沉积行为及镀层耐蚀性的影响

摘要

[目的]研究柠檬酸钠对Zn–Mn–Fe合金电沉积行为、镀层组织结构和耐蚀性的影响。[方法]采用Hydra/Medusa软件对不同柠檬酸钠浓度的硫酸盐镀液中Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺的化学形态分布进行模拟计算。通过循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）考察了柠檬酸钠浓度对Zn–Mn–Fe电沉积行为的影响。分别采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析镀层的表面形貌、元素组成及晶相结构。通过塔菲尔（Tafel）曲线和电化学阻抗谱（EIS）测试评估了Zn–Mn–Fe合金镀层的耐蚀性。[结果]当柠檬酸钠浓度为0.4～0.6 mol/L时，可实现Zn–Mn–Fe共沉积，镀层中Mn的质量分数随柠檬酸浓度增大而提高至12.6%，电沉积受扩散控制，遵循三维瞬时成核机制。柠檬酸钠浓度升至0.8～1.0 mol/L时，Mn沉积被抑制，出现Zn–Fe异常共沉积，电沉积转为电荷转移与扩散混合控制，成核机制向三维连续成核转变。柠檬酸钠浓度为0.6 mol/L时，所得Zn–Mn–Fe合金镀层表面致密，并且高Mn含量促进了Zn₅（OH）₈Cl₂·H₂O保护层的形成，表现出最优的耐蚀性。[结论]柠檬酸钠通过调控金属离子(尤其是Zn²⁺)配位形态而影响电沉积行为，镀层Mn含量是影响其耐蚀性的关键。

关键词

锌-锰-铁合金 / 电沉积行为 / 柠檬酸钠 / 成核机理 / 耐蚀性

基金资助

国家自然科学基金（51474088）