无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化液的制备和性能研究

摘要

钢铁材料表面镀锌后再采用钝化处理是工业上针对钢铁表面防腐最常用的技术方法之一。然而，镀锌层上的钝化处理一直采用传统铬酸盐钝化，由于六价铬有毒，具有致癌性，对环境和人体均会带来严重的危害，因此它的应用在国外早已受到严格限制；由于三价铬的毒性仅为六价铬的1％，并且三价铬钝化在许多方面具有与六价铬钝化相似的性质，它是最具有可能代替铬酸盐钝化的工艺。
　　 作为三价铬钝化工艺之一的三价铬黑色钝化工艺，一般常采用钴(镍)盐作为钝化液的发黑剂。在一定的条件下，Co(Ⅱ)在空气中能被氧化为不稳定的Co(Ⅲ)，它能从Cr(Ⅲ)夺取电子，变成稳定的Co(Ⅱ)，而使Cr(Ⅲ)变成Cr(Ⅵ)；此外，钴(镍)盐的过度使用会对水生态环境造成长久性的污染。因此，对于新型的、环境友好型的三价铬黑色钝化工艺技术的研究迫在眉睫，而开发新一代的发黑剂则显得尤为重要。本课题的目的在于探索研究出一种过渡金属无机硫化物作为钝化液的发黑剂，以取代现有钴(镍)盐作为三价铬黑色钝化液的发黑剂。这一思路在文献中有所提及，但基本上没有人进行尝试。另外，本文首次采用了醋酸铬作为三价铬黑色钝化液的主成膜盐。
　　 在对无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化膜性能的研究中，以最优工艺条件中无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化膜层以及纯镀锌层、铬酸盐黑色钝化膜层等作对比，利用醋酸铅点滴试验、失重率试验、耐中性盐雾试验等对无钴硫酸盐体系钝化膜的耐腐蚀性能进行了初步评价。通过塔菲尔极化曲线、交流阻抗谱电化学测试方法，对无钻硫酸盐体系三价铬黑色钝化膜的耐腐蚀性能做了进一步分析与讨论。利用SEM、XRD对无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化膜的微观形貌和物相进行了相关分析。
　　 氯化钾镀锌层在最佳工艺条件下处理得到的黑色钝化膜，再经过ST-503封闭液封闭后，其钝化膜外观乌黑光亮，色泽均匀，醋酸铅点滴试验时间可达101s；由耐中性盐雾试验的检测结果可知，黑色钝化膜的耐腐蚀等级可达7级；通过SEM观察表明，对比未封闭处理的无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化膜，经封闭处理后的无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化膜表面更加均匀平整，膜层更加致密；通过XRD分析结果表明，除了Zn结晶(镀锌层)以外，还出现了其它的物质，它们分别是CrPO4、Cr(OH)3·3H2O、Zn(OH)2、Cr2O3和CrOOH。本文研究的无钴硫酸盐体系三价铬黑色钝化工艺流程简单，污染小，钝化液稳定性良好，是一种较为理想的铬酸盐黑色钝化甚至是含钴盐体系三价铬黑色钝化的替代工艺，具有广阔的应用前景。