郝增寶

（淄博職業(yè)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，山東 淄博255314）

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，作為國民經(jīng)濟重要基礎(chǔ)材料的建筑鋼結(jié)構(gòu)也在不斷提升自身的品質(zhì)和性能。耐蝕性關(guān)系著建筑鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。如何提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐蝕性，是需要解決的重要技術(shù)問題之一。建筑設(shè)計者為提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐蝕性，曾經(jīng)做過很多實驗，如改變自身材料、對材料進行表面處理等。這些方法雖然能夠提升建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕強度，但仍然滿足不了用戶對建筑鋼結(jié)構(gòu)耐蝕性的要求，抗腐蝕技術(shù)還需大力研究，持續(xù)改進［1-3］。本文在Q235B建筑鋼結(jié)構(gòu)表面電沉積鍍層，研究建筑鋼結(jié)構(gòu)在電沉積鍍層作用下的反應(yīng)。

1 實驗

1.1 實驗材料及流程

本文選取的實驗樣品是Q235B鋼，其沖擊韌性和延性性能好、穩(wěn)定性強，是建筑鋼結(jié)構(gòu)常用的鋼種。利用Q8型直讀光譜儀與HW2000型紅外硫磷分析儀對其化學(xué)成分進行檢測，結(jié)果為：C 0.189%，Mn 1.362%，Si 0.316%，S 0.027%，P 0.031%。

將Q235B鋼分成4組：1＃樣品未電沉積鍍層，2＃樣品電沉積納米鎳，3＃樣品電沉積Ni65Cu35合金，4＃樣品電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金。首先，對2＃～4＃樣品進行脫脂處理（磷酸三鈉35g／L，碳酸鈉35g／L，碳酸氫鈉5g／L，氫氧化鈉30g／L，58～62℃）；然后，將各樣品放入質(zhì)量分數(shù)為25%、溫度為30℃的鹽酸中，經(jīng)過60s的化學(xué)反應(yīng)后，樣品表面的鈍化膜被去除；接著，對電沉積納米鎳與電沉積Ni65Cu35合金的表面分別進行處理。電沉積納米鎳的工藝參數(shù)為：硫酸鎳250g／L，氯化鎳15g／L，表面活性劑A 5g／L，硼酸42g／L，pH值3.0±0.5，3.5A／dm2，（40±2）℃，4min，鍍層厚度8μm。電沉積Ni65Cu35合金的工藝參數(shù)為：氰化鈉15g／L，五水合硫酸銅10g／L，氫氧化鈉25g／L，六水合硫酸鎳50g／L，表面活性劑B 3.2g／L，pH值≤1，6A／dm2，（50±2）℃，55min，鍍層厚度12μm。

1.2 檢測方法

采用JSM 6010型掃描電鏡觀察鍍層的表面形貌。采用Innov-X Terra型X射線衍射儀對鍍層進行物相分析。采用Winner801型納米激光粒度儀對電沉積納米鎳的粒度分布進行分析。

通過乙酸鹽霧試驗（AASS試驗）與電化學(xué)腐蝕試驗，分別對各樣品的耐蝕性進行測試。

采用YWS-250型鹽霧腐蝕試驗箱進行AASS試驗。所需要的試驗溶液是氯化鈉溶液。在溶液中放入適量的冰乙酸，氯化鈉的質(zhì)量濃度保持在45～55g／L，鹽霧腐蝕試驗箱中收集液的pH值保持在3.1～3.3，溫度保持在33～37℃，試驗時間為240 h。試驗開始前，先用110℃的烘箱將樣品烘干，達到恒重；再將樣品放入真空干燥箱中，待其冷卻至室溫時，稱重。試驗措施要符合《人造氣氛腐蝕試驗——鹽霧試驗》（GB／T 10125—1997）。試驗中，每隔24h取出樣品，稱重。清除樣品表面的鹽霧腐蝕產(chǎn)物要符合《金屬和合金的腐蝕 腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》（GB／T 16545—1996）；同時，采用純乙醇將樣品清洗三次，吹干后，達到恒重，再稱重，得到質(zhì)量損失率。在試驗過程中，采用金相顯微鏡觀察樣品的表面狀況。

采用電化學(xué)分析測試儀器進行電化學(xué)腐蝕試驗。采用三電極體系測試法，參比電極為甘汞電極，輔助電極為鉑黑電極，工作電極為實驗樣品電極。電解液采用氫氧化鉀溶液，其濃度為6mol／L。測試溫度保持在24～26℃，掃描速率為0.002V／s。樣品在-1.2V的恒電位下極化180s后，再進行工作電極制作，必須對塔菲爾曲線測試面進行處理，要磨平后再進行拋光；把銅線焊在測試面的反面，同時用石蠟對樣品進行密封，除測試面外的其余面都要封好。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米鎳的粒度分布測試

Q235B鋼電沉積納米鎳后，其鍍層中納米鎳的粒度分布，如圖1所示。由圖1可知：制備的納米鎳鍍層中納米鎳的粒度在5～80nm之間呈正態(tài)分布，納米鎳的粒度主要集中在30～50nm。

2.2 AASS試驗

圖1 納米鎳的粒度分布

AASS試驗240h后，各樣品的質(zhì)量損失率，如圖2所示。由圖2可知：1＃樣品經(jīng)過乙酸鹽霧腐蝕后，其質(zhì)量損失率達到了14.8%；相比之下，2?！?＃樣品在乙酸鹽霧腐蝕環(huán)境中的質(zhì)量損失率下降。由此得出，電沉積納米鎳和電沉積Ni65Cu35合金，對于Q235B建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗乙酸鹽霧腐蝕有很大的作用。其原因為：金屬鎳具有很強的鈍化性能，會在建筑鋼結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生一層薄的鈍化膜，建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐蝕性大大增強。與納米鎳鍍層相比，Ni65Cu35合金鍍層表面的鈍化膜抵御腐蝕介質(zhì)的能力更強，改善建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕作用更大；電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金，所得鍍層的致密性提高，也就意味著其抗乙酸鹽霧腐蝕的作用增強，這樣建筑鋼結(jié)構(gòu)的使用年限會大大延長。

圖2 各樣品經(jīng)過AASS試驗后的質(zhì)量損失率

各樣品腐蝕后的表面形貌，如圖3所示。由圖3可知：1＃樣品由于沒有經(jīng)過電沉積處理，遭遇腐蝕最嚴重，出現(xiàn)了很多腐蝕坑點；而2?！?＃樣品由于經(jīng)過電沉積處理，獲得表面鍍層，防腐蝕能力明顯增強。樣品腐蝕程度的順序為：4＃樣品＜3＃樣品＜2＃樣品＜1＃樣品。4＃樣品由于經(jīng)過電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金，其腐蝕程度最輕，僅有少量的腐蝕點。由此可知，對Q235B建筑鋼結(jié)構(gòu)進行電沉積鍍層，可以大大提升其在乙酸鹽霧環(huán)境中的耐蝕性。要大力提升建筑鋼結(jié)構(gòu)的耐蝕性，最有效的方法是電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金。

圖3 各樣品經(jīng)過AASS試驗后的表面形貌

2.3 電化學(xué)腐蝕試驗

各樣品同時進行電化學(xué)腐蝕試驗，所得塔菲爾曲線，如圖4所示。由圖4可知：2?！?＃樣品的自腐蝕電位正移，其中正移幅度最大的是4＃樣品，其正移率達到78.45%。金屬材料的耐蝕性主要取決于電位正移。通過電化學(xué)腐蝕試驗數(shù)據(jù)，可以得出：建筑鋼結(jié)構(gòu)電沉積鍍層后，其耐蝕性大大增強；同時，電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金的抗腐蝕作用比單一鍍層的更大。

3 結(jié)論

圖4 各樣品的塔菲爾曲線

（1）電沉積納米鎳、Ni65Cu35合金，都可以提升Q235B建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕作用；同時，電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金的抗腐蝕作用比單一鍍層的更大。

（2）電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金的鋼結(jié)構(gòu)與未進行電沉積處理的相比較，經(jīng)過240h乙酸鹽霧腐蝕后，其質(zhì)量損失率由14.8%下降到1.9%。

（3）電沉積鍍層能使建筑鋼結(jié)構(gòu)試樣的自腐蝕電位發(fā)生正移。由試驗可知：經(jīng)過電沉積納米鎳／Ni65Cu35合金處理的建筑鋼結(jié)構(gòu)試樣的正移幅度最大，由-1.16V變化至-0.25V，其正移率達到78.45%。

［1］陳國虞，張政權(quán)，王在忠.海洋大氣中鋼結(jié)構(gòu)用鋅鋁偽合金噴涂層防腐蝕體系［J］.熱處理，2011，26（1）：10-16.

［2］羅順，劉立斌，陳和興，等.低壓等離子噴涂NiCoCrAlYTa涂層微觀結(jié)構(gòu)及抗氧化性能［J］.熱加工工藝，2009，38（14）：109-114.

［3］張洪奎，張寧，曹旦夫.沿海地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕及防腐涂層［J］.油氣儲運，2012，31（2）：135-138.