张小军等：锌电积过程中锰元素对铝阴极的电化学行为影响 .805· 铝相接近，Mn元素的添加对电极的析氢过电位影响 较小，在锌沉积过程中抑制析氢的效果不明显 表3不同M如质量分数的铝合金电极的析氢动力学参数 Table 3 Kinetic parameters of hydrogen evolution for Al alloy electrodes with different Mn concentrations V 试样 a 6/(Acm2) i=400Am2 i=500Am2 i=600Am-2 纯AI 0.8726 0.0270 0.9103 0.9077 0.9056 4.8027×10-3 Al-0.3%Mn 0.9318 0.0072 0.9419 0.9412 0.9406 3.8312×10-10 Al-0.6%Mn 0.8567 0.0119 0.8733 0.8722 0.8712 1.0195×10-2 Al-0.9%Mn 0.9167 0.0147 0.9372 0.9358 0.9347 4.3597×10-68 A-1.2%Mn 0.8350 0.0313 0.8788 0.8757 0.8732 2.1023×10-27 Al-1.5%Mn 0.8176 0.0530 0.8917 0.8866 0.8824 3.7462×10-16 A-2.0%Mn 0.8720 0.0259 0.9082 0.9057 0.9036 2.1481×10-4 2.3塔菲尔曲线 腐蚀电位为-1.1504V,0.3%Mn~0.6%Mn的铝 在40℃恒温65gL-1Zn2+和150gL-1H,S0, 合金电极有增加趋势，在-1.1665V时达到最大值， 的水溶液体系中进行对不同Mn含量的铝合金阴极 0.9%Mn~1.5%Mn依次降低，在-1.0954V时达 塔菲尔曲线测试，从塔菲尔曲线中可以得出不同阴 最低，2.0%Mn时继续增大.从腐蚀速率来看，纯 极电极对应的腐蚀电位和腐蚀电流密度.其结果如 铝电极耐蚀性最差，达到21.0621mm·a-l.对比可 图6所示 知，含有Mn的铝合金电极耐蚀性普遍较好，电极的 。-A1-0.3%Mn盒-Al-0.6%Mn 使用寿命明显延长，其中质量分数1.5%Mn的铝合 一纯A -A1-0.9%Mn ←Al-1.2%Mn一Al-1.5%Mn 金电极耐蚀性最佳 ◆-A1-2.0%Mn 表4不同质量分数Mn铝合金电极的耐蚀状况 Table 4 Corrosion resistance of Al alloy electrodes with different Mn concentrations 腐蚀电流，ln/ 腐蚀电位，腐蚀速率，Kr 试样 (mA.cm-2) Ecun/V （mmal） 纯Al 4.45 -1.1504 21.0621 A-0.3%Mn 4.31 -1.1571 17.9933 A-0.6%Mn 3.92 -1.1665 16.7823 -1.36-1.28-1.20-1.12-1.04-0.96 电压W Al-0.9%Mn 3.70 -1.1467 13.8135 图6不同M质量分数的铝合金电极的塔菲尔曲线 A-1.2%Mn 3.03 -1.1262 13.9141 Fig.6 Tafel plots of Al alloy electrodes with different Mn concentra- Al-1.5%Mn 1.11 -1.0954 13.4832 tions A-2.0%Mn 1.21 -1.1150 14.4516 从图6中看出含0.3%Mn和0.6%Mn的电极 腐蚀电位相比纯铝向更负方向移动，腐蚀电流降低， 2.4恒电流极化测试 0.9%Mn、1.2%Mn、1.5%Mn和2.0%Mn腐蚀电 在40℃恒温，Zm2+65g·L-1和H,S04150gL-1 位相比纯铝向正方向移动，腐蚀电流降低，说明M 电积液中进行恒电流极化曲线测试，通过一段时间 元素添加影响了电极的耐蚀性能.在不考虑浓差极 的恒流极化测试来观测电极的稳定状况，测试结果 化条件下，运用Origin8.5软件对图6曲线数据进行 如图7所示. 拟合分析，研究其耐蚀性能，其结果如表4所示 从图7中可以看出，开始阶段均有一个快速充 从表4可以看出，含有Mn元素的铝合金电极 放电的过程18-19]，在极化电流作用下含有Mn元素 腐蚀电流均减小，并且随着Mn元素含量得增加，腐 的电极响应迅速，40s后趋于平稳，纯铝电极响应稍 蚀电流1I呈现出减小趋势，纯铝的腐蚀电流为 缓，500s后达到稳定状态，说明添加Mn元素改善了 4.45mA·cm-2,其中含有1.5%Mn元素的电极 电极的催化活性，提高了表面发生电化学反应的速 1.11mA·cm-2为最低，降低幅度最大.纯铝电极的 率。从曲线看出，电极极化曲线存在较小波动，这主张小军等: 锌电积过程中锰元素对铝阴极的电化学行为影响 铝相接近,Mn 元素的添加对电极的析氢过电位影响 较小,在锌沉积过程中抑制析氢的效果不明显. 表 3 不同 Mn 质量分数的铝合金电极的析氢动力学参数 Table 3 Kinetic parameters of hydrogen evolution for Al alloy electrodes with different Mn concentrations 试样 a b 浊 / V i = 400 A·m - 2 i = 500 A·m - 2 i = 600 A·m - 2 i0 / (A·cm - 2 ) 纯 Al 0郾 8726 0郾 0270 0郾 9103 0郾 9077 0郾 9056 4郾 8027 伊 10 - 33 Al鄄鄄0郾 3% Mn 0郾 9318 0郾 0072 0郾 9419 0郾 9412 0郾 9406 3郾 8312 伊 10 - 130 Al鄄鄄0郾 6% Mn 0郾 8567 0郾 0119 0郾 8733 0郾 8722 0郾 8712 1郾 0195 伊 10 - 72 Al鄄鄄0郾 9% Mn 0郾 9167 0郾 0147 0郾 9372 0郾 9358 0郾 9347 4郾 3597 伊 10 - 63 Al鄄鄄1郾 2% Mn 0郾 8350 0郾 0313 0郾 8788 0郾 8757 0郾 8732 2郾 1023 伊 10 - 27 Al鄄鄄1郾 5% Mn 0郾 8176 0郾 0530 0郾 8917 0郾 8866 0郾 8824 3郾 7462 伊 10 - 16 Al鄄鄄2郾 0% Mn 0郾 8720 0郾 0259 0郾 9082 0郾 9057 0郾 9036 2郾 1481 伊 10 - 34 2郾 3 塔菲尔曲线 在 40 益恒温 65 g·L - 1 Zn 2 + 和 150 g·L - 1 H2 SO4 的水溶液体系中进行对不同 Mn 含量的铝合金阴极 塔菲尔曲线测试,从塔菲尔曲线中可以得出不同阴 极电极对应的腐蚀电位和腐蚀电流密度. 其结果如 图 6 所示. 图 6 不同 Mn 质量分数的铝合金电极的塔菲尔曲线 Fig. 6 Tafel plots of Al alloy electrodes with different Mn concentra鄄 tions 从图 6 中看出含 0郾 3% Mn 和 0郾 6% Mn 的电极 腐蚀电位相比纯铝向更负方向移动,腐蚀电流降低, 0郾 9% Mn、1郾 2% Mn、1郾 5% Mn 和 2郾 0% Mn 腐蚀电 位相比纯铝向正方向移动,腐蚀电流降低,说明 Mn 元素添加影响了电极的耐蚀性能. 在不考虑浓差极 化条件下,运用 Origin8郾 5 软件对图 6 曲线数据进行 拟合分析,研究其耐蚀性能,其结果如表 4 所示. 从表 4 可以看出,含有 Mn 元素的铝合金电极 腐蚀电流均减小,并且随着 Mn 元素含量得增加,腐 蚀电流 Icoor 呈现出减小趋势,纯铝的腐蚀电流为 4郾 45 mA·cm - 2 , 其中含有 1郾 5% Mn 元素的电极 1郾 11 mA·cm - 2为最低,降低幅度最大. 纯铝电极的 腐蚀电位为 - 1郾 1504 V,0郾 3% Mn ~ 0郾 6% Mn 的铝 合金电极有增加趋势,在 - 1郾 1665 V 时达到最大值, 0郾 9% Mn ~ 1郾 5% Mn 依次降低,在 - 1郾 0954 V 时达 最低,2郾 0% Mn 时继续增大. 从腐蚀速率来看,纯 铝电极耐蚀性最差,达到 21郾 0621 mm·a - 1 . 对比可 知,含有 Mn 的铝合金电极耐蚀性普遍较好,电极的 使用寿命明显延长,其中质量分数 1郾 5% Mn 的铝合 金电极耐蚀性最佳. 表 4 不同质量分数 Mn 铝合金电极的耐蚀状况 Table 4 Corrosion resistance of Al alloy electrodes with different Mn concentrations 试样 腐蚀电流,Icorr / (mA·cm - 2 ) 腐蚀电位, Ecorr / V 腐蚀速率,Kcorr / (mm·a - 1 ) 纯 Al 4郾 45 - 1郾 1504 21郾 0621 Al鄄鄄0郾 3% Mn 4郾 31 - 1郾 1571 17郾 9933 Al鄄鄄0郾 6% Mn 3郾 92 - 1郾 1665 16郾 7823 Al鄄鄄0郾 9% Mn 3郾 70 - 1郾 1467 13郾 8135 Al鄄鄄1郾 2% Mn 3郾 03 - 1郾 1262 13郾 9141 Al鄄鄄1郾 5% Mn 1郾 11 - 1郾 0954 13郾 4832 Al鄄鄄2郾 0% Mn 1郾 21 - 1郾 1150 14郾 4516 2郾 4 恒电流极化测试 在 40 益恒温,Zn 2 + 65 g·L - 1和 H2 SO4 150 g·L - 1 电积液中进行恒电流极化曲线测试,通过一段时间 的恒流极化测试来观测电极的稳定状况,测试结果 如图 7 所示. 从图 7 中可以看出,开始阶段均有一个快速充 放电的过程[18鄄鄄19] ,在极化电流作用下含有 Mn 元素 的电极响应迅速,40 s 后趋于平稳,纯铝电极响应稍 缓,500 s 后达到稳定状态,说明添加 Mn 元素改善了 电极的催化活性,提高了表面发生电化学反应的速 率. 从曲线看出,电极极化曲线存在较小波动,这主 ·805·