镀锌钢板表面磷化膜的制备与性能研究

摘要

镀锌钢板的磷化处理相对钢铁材料而言，应用的时间较短，其主要目的是用作涂装打底以及表面的润滑。近年来，镀锌钢板被大量地应用于汽车生产与家用产品的制造上，其表面磷化处理的类型属于薄膜型，主要是用作增强有机涂层与镀锌钢板基体间的结合力与防护性，以满足现代生产对其涂装的要求。21世纪倡导节能与环保，而传统的高、中温锌系磷化能耗高，所以低温锌系磷化成为当前研究的重点。
　　本论文讨论了镀锌钢板低温锌系磷化液的主要组成成分及其对磷化膜膜层耐腐蚀性能的影响，运用正交试验的方法确定了磷化液各成分的最佳配比，并研究了三种促进剂和纳米颗粒TiO2对膜层的表面形貌及耐腐蚀性能的影响。通过金相显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、开路电位-时间曲线、极化曲线、电化学阻抗、膜重-时间变化曲线、百格实验、盐水浸泡实验、硫酸铜点滴实验对镀锌钢板基体表面膜层的生长过程以及性能进行表征与分析。本论文研究的主要内容和实验结果如下:
　　1.以磷化膜的膜重与耐硫酸铜点滴实验的时间为指标，通过正交试验确定磷化液的最优配方为:磷酸二氢锌60g/L，硝酸锌80g/L，氟化钠4g/L，氧化锌6g/L。磷化工艺条件为:游离酸度2.6，总酸度48.6，酸比18.7，磷化温度35±1℃，磷化时间5min。
　　2.根据开路电位-时间曲线及其表面形貌分析，将镀锌钢板的磷化过程分为三个阶段。阶段1:金属基体发生溶解导致电位显著正移，磷化膜开始形成;阶段2:发生去极化反应，加快了膜层的生长及结晶化;阶段3:电位缓慢正移最终趋于一稳定值，膜层晶体连续完整呈片状堆积。百格实验及盐水浸泡实验结果表明磷化后膜层与有机涂层间的结合力增大，附着性增强，提高了其耐腐蚀性能。
　　3.磷化促进剂硫酸羟胺、氯酸钠、亚硝酸钠的添加提升了磷化膜的耐腐蚀性能，当其添加量分别为4g/L、1.5g/L、2g/L时膜层耐腐蚀性能均为最优。新型促进剂硫酸羟胺、氯酸钠与传统型促进剂亚硝酸钠促进作用相当，电化学测试、表面形貌分析、成分分析及硫酸铜点滴实验得出一致结论:膜层耐腐蚀性能硫酸羟胺＞氯酸钠＞亚硝酸钠。
　　4.纳米TiO2的添加不仅降低了膜层中磷酸盐晶体的尺寸与膜层孔隙率，还提高了磷化反应速度，在磷化反应中充当了成核剂和加速剂。纳米TiO2的添加使得磷化膜层变得更厚、更致密，从而提高了膜层的耐腐蚀性能。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 镀锌钢板

1．1．1 镀锌钢板概述

1．1．2 镀锌钢板的分类

1．1．3 镀锌钢板的应用

1．2 磷化

1．2．1 磷化概述

1．2．2 磷化分类

1．2．3 磷化机理

1．2．4 磷化促进剂

1．2．5 磷化处理工艺流程

1．3 国内外文献综述

1．4 本论文研究的目的、意义及主要内容

1．4．1 本论文研究的目的及意义

1．4．2 本论文研究的主要内容

第二章 实验内容及研究方法

2．1 实验材料、药品及仪器

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验药品

2．1．3 实验仪器

2．2 研究方法

2．2．1 磷化液游离酸度和总酸度的测定

2．2．2 膜重的测定

2．2．3 硫酸铜点滴实验

2．2．4 电化学测试

2．2．5 表面形貌及组成、成分分析

2．2．6 附着力测试

第三章 磷化液的制备及膜层性能研究

3．1 引言

3．2 磷化液的配制

3．3 磷化工艺

3．4 正交试验

3．5 开路电位-时间曲线

3．6 磷化膜表面形貌特征

3．6．1 金相图像

3．6．2 SEM图像

3．7 附着力测试

3．7．1 百格实验

3．7．2 盐水浸泡实验

3．8 小结

第四章 三种促进剂对磷化膜耐蚀性能的影响

4．1 引言

4．2 试验溶液及工艺

4．3 极化曲线

4．4 EIS分析

4．5 SEM表面形貌及EDS成分分析

4．6 硫酸铜点滴实验

4．7 小结

第五章 纳米TiO2对磷化膜的影响

5．1 引言

5．2 试验材料

5．3 膜重-时间变化曲线

5．4 SEM表面形貌及组成分析

5．5 EIS分析

5．6 硫酸铜点滴实验

5．7 小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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