表调预处理与铈盐后处理对热镀锌层磷化膜的影响

摘要

铬酸盐钝化由于其成本低廉、操作简单、防腐性好且具有一定的自愈能力，被广泛用于锌及锌镀层的防腐蚀后处理中。但由于六价铬的高毒性，危害环境及人体健康，使铬酸盐钝化被逐渐限制使用。因此研究新的热镀锌层表面处理技术使其替代铬酸盐钝化具有很重要的现实意义。磷化是钢铁常规防腐蚀后处理方法之一，磷化膜具有短期防腐的能力，但其特有的磷酸锌晶体孔隙结构使磷化膜的耐蚀性不佳。本论文通过对热镀锌磷化进行胶质磷酸钛表调前处理和硝酸铈后处理的研究，期望得到一种耐蚀性好且具有一定自愈能力的环保型复合膜，并最终在防腐处理中替代铬酸盐钝化膜。 研究结果表明，镀锌钢在胶质磷酸钛溶液中表调前处理后进行磷化可以提高磷酸锌晶粒的形核率，细化磷酸锌晶粒，使磷化膜更致密且覆盖率提高。从而提高了磷化膜的耐腐蚀能力。但是表调处理并不能完全清除磷化膜的孔隙，膜层耐蚀性能提高有限。 本论文通过正交优化试验，获得了热镀锌钢上硝酸铈对磷化后处理的最佳工艺参数及配方。磷化液的配方是由1.2g/L的ZnO，15g/L的NaNO<,3>和11ml/L的85％H<,3>PO<,4>组成。硝酸铈后处理液的配方是由20g/L的Ce(NO<,3>)·6H<,2>O和35ml/L的H<,2>O<,2>组成。磷化时间为300s，硝酸铈后处理时间为300s，试验温度为45℃，pH值为3.8。 利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和电子微探针(EPMA)等测试手段对该磷化/铈盐复合膜进行组织成分分析。复合转化膜主要是由Ce(OH)<,3>，CePO<,4>·XH<,2>O，Zn<,3>(PO<,4>)<,2>·4H<,2>O，CeO<,2>和Ce<,2>O<,3>组成。铈元素在复合膜中以三价和四价存在，为无定型态结构。在硝酸铈后处理过程中部分磷酸锌晶体会发生溶解，形成CePO<,4>·XH<,2>O，其中部分牢固附着在复合膜表面，另一部分则呈现为絮状，覆盖在最表层，附着力较差，可被漂洗下来。 实验结果表明，通过硝酸铈后处理会得到连续完整的复合膜。复合膜在锌层上起到了物理屏蔽的作用，同时可以抑制腐蚀过程中锌的阳极溶解和阴极去极化反应，推迟锌层出现白锈的时间，显著提高热镀锌层的耐腐蚀性。同时研究证实这种复合膜具有自愈能力。当复合膜上存在划痕碰伤，在腐蚀过程中磷酸铈会向划痕处扩渗，在划痕的裸露锌层上生成新的保护层，令锌层避免腐蚀。磷化/铈盐复合膜的中性盐雾(NSS)及划痕试验结果表明，用硝酸铈钝化液对热镀锌钢板上的磷化试样进行封闭后处理，可以使其耐蚀性能提高10倍以上，并且这种磷化/铈盐处理复合膜的耐蚀性已经超过了传统的铬酸盐钝化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2金属磷化的研究与进展

1.2.1磷化技术的发展概况

1.2.2磷化处理的种类及特点及用途

1.2.3影响磷化质量的各种因素

1.2.4评价磷化膜覆盖完成的方法

1.2.5加速磷化的方法

1.2.6金属磷化的机理

1.3稀土盐钝化的研究

1.3.1稀土盐钝化在各种金属中的应用

1.3.2稀土盐钝化工艺

1.3.3稀土转化膜的形成及耐蚀机理

1.4本课题研究的意义及主要内容

第二章试验材料与研究方法

2.1热镀锌试样制备

2.2处理工艺

2.2.1磷化工艺

2.2.2硝酸铈钝化的工艺

2.2.3热镀锌磷化后硝酸铈封闭处理工艺

2.2.4重铬酸盐钝化的配方及工艺参数

2.3膜层的性能测试

2.3.1膜重的测量

2.3.2中性盐雾试验

2.3.3电化学测试

2.3.4膜层组织形貌、结构及成分分析

第三章胶质磷酸钛前处理对磷化的影响

3.1前言

3.2表调处理对磷化膜的形貌及性能的影响

3.2.1磷化膜增重曲线

3.2.2开路电位-磷化时间曲线

3.2.3膜层的微观形貌

3.2.4盐雾(NSS)测试结果

3.3本章小结

第四章热镀锌磷化/硝酸铈后处理复合膜的研究

4.1引言

4.2铈盐后处理工艺的研究

4.2.1正交试验

4.2.2补充试验

4.3复合膜的微观形貌及生长机理探讨

4.3.1复合膜的微观形貌

4.3.2复合膜的成分分析

4.3.3开路电位-时间曲线

4.3.4复合膜生长机理

4.4复合膜耐蚀性的研究

4.4.1复合膜的腐蚀产物及电化学结果

4.4.2复合膜自愈性的研究

4.4.3复合膜防腐机理

4.4.4复合膜与重铬酸盐钝化膜防腐性能的对比

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见