热镀锌板的无铬复合钝化及其性能研究

摘要

钢铁是在我们生活中用量比较广泛的金属材料，钢铁在空气中的腐蚀就带来了惨重的损失。在钢板的表面加层镀锌保护膜是常用的防止钢铁在大气中腐蚀的方法。热镀锌钢板用于汽车、家电等生活领域。但是在潮湿的环境中经热镀锌的钢板也容易发生腐蚀，在热镀锌钢板上形成形成腐蚀产物，呈白色有的变成灰暗色，这些腐蚀产物的存在对外观质量有严重影响，并且热镀锌钢板经腐蚀后还影响寿命和美观。过去铬酸盐钝化工艺用于大多数的热镀锌钢板，但是由于铬酸盐钝化体系中含有高毒性和致癌的Cr(Ⅵ)，随着人们生活质量和环保意识的逐渐增强，开发一种高效环保的无铬钝化工艺越来越重要。 本文用鞍钢生产的热镀锌钢板作为锌基体，实验过程中通过中性盐雾试验和电化学检测对复合钝化液的耐蚀性进行了初步的探讨和研究，添加缓蚀剂的有机/无机复合钝化体系成为该实验的主要的研究对象，并对其做进一步的研究。 采用正交试验得到各成分的最佳组成:KH-560为3.5g，氟钛酸为0.9g，偏钒酸铵为0.09g，树脂苯丙乳液为20g，有机磷酸酯聚合物为0.20g，K-12为0.05g，1788为0.15g，AEO-7为0.20g。通过单因素试验得到最佳工艺参数:钝化液pH为5.0，固化温度为150℃，固化时间为60s，膜厚为0.5～0.8g/m2，并对使用优化后复配的钝化液进行性能测试。 结合实验过程和工业需求的性能测试方法，对复配添加缓蚀剂的无铬复合钝化膜的其他性能进行了检测，检测结果显示该复配的无铬钝化膜的耐中性盐雾试验达96h，腐蚀率小于5％;耐高温黄变性能可达到240℃;耐指纹性能良好;漆膜附着力达到1～2级。 本实验结合扫描电子显微镜(SEM)观察腐蚀前后钝化膜的表面形貌，并对断面形貌进行检测。检测结果显示，盐雾腐蚀前钝化膜表面没有微裂纹，是一层均匀、致密的保护膜。在断面图中观察膜层的厚度为微米级到纳米级的膜层，大约1～1.5μm。 实验过程中的微观分析还使用傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)对钝化膜层结构、物相进行了检测。结果表明复合钝化层同时存在-(CH2)n-、-OH、N-H、C=O、Si-O、C-Si、C-O-C、C-N、Si-O-Si和Si-O-C等官能团。通过对钝化膜以及腐蚀产物的SEM、XRD、EDS分析可知，腐蚀产物中主要由Zn、C、O、Cl、P的化合物，其中有Zn、Zn(OH)2、Zn5(OH)8Cl2·H2O等Zn的化合物。 综上所述，可以说明钝化剂在热镀锌表面形成的钝化膜改变了热镀锌基体的表面形貌，并且钝化膜的存在可以有效地阻止腐蚀介质到基体的渗透，起到保护热镀锌基体，提高锌基体耐蚀性的作用，基本达到工业应用要求。

目录

声明

摘要

1．1选题背景和意义

1．2．1六价铬钝化

1．2．2三价铬钝化

1．3无机盐无铬钝化

1．3．1钼酸盐钝化

1．3．2硅酸盐钝化

1．3．3稀土金属盐钝化

1．3．4其他金属盐钝化

1．4有机物类无铬钝化

1．4．1有机酸钝化

1．4．2有机硅烷钝化

1．4．3有机树脂钝化

1．4．4其他有机物钝化

1．5有机／无机复合无铬钝化

1．6论文研究的目的和内容

第2章实验材料和研究方法

2．1实验材料

2．1．1实验原材料

2．1．2实验用仪器及设备

2．2实验过程

2．2．1钝化剂配制

2．2．2热镀锌钢板预处理

2．2．3钝化膜的制备

2．2．4钝化剂工艺条件的优化

2．3复合无铬钝化膜的性能测试

2．3．1耐蚀性能测试

2．3．2电化学检测

2．3．3漆膜附着力测试

2．3．4耐高温黄变性测试

2．3．5耐碱性测试

2．3．6耐酸性测试

2．3．7耐指纹性测试

2．4钝化膜的微观结构分析

2．4．1扫描电子显微镜(SEM)分析

2．4．2 X射线衍射(XRD)分析

2．4．4傅里叶红外光谱(FTIR)分析

第3章热镀锌钢板的有机／无机复合钝化

3．1有机／无机复合钝化工艺

3．1．1钝化膜的正交结果分析

3．1．2钝化膜的盐雾试验结果

3．1．3钝化膜的Tafel极化曲线结果

3．1．4钝化膜的交流阻抗图谱

3．1．5不同钝化膜的SEM图

3．2有机／无机复合钝化膜的优化

3．2．1优化钝化膜的正交结果分析

3．2．2钝化膜的盐雾试验结果

3．2．3钝化膜的Tafel极化曲线结果

3．2．4钝化膜的交流阻抗图谱

3．2．5添加缓蚀剂的复合钝化膜的SEM图

3．3钝化工艺参数确定

3．3．1钝化液pH确定

3．3．2固化温度确定

3．3．3钝化膜厚度的确定

3．3．4固化时间的确定

3．4．5工艺参数

3．4本章小结

第4章有机／无机复合钝化膜的性能测试

4．1钝化膜的腐蚀性能检测

4．1．1盐雾腐蚀结果检测

4．1．2室温下腐蚀

4．2钝化膜电化学性能测试

4．2．1钝化膜Tafel曲线的测试

4．2．2交流阻抗图谱的测试

4．3不同钝化膜层的漆膜附着力性能测试

4．4钝化膜的耐高温黄变性能

4．5钝化膜的耐酸性检测

4．6钝化膜的耐碱性检测

4．7钝化膜耐指纹性能检测

4．8本章小结

第5章钝化膜的微观结构分析

5．1钝化膜的表面形貌分析

5．1．1腐蚀前的SEM表面形貌分析

5．1．2腐蚀后的SEM表面形貌分析

5．1．3钝化膜断面形貌分析

5．2钝化膜的EDS分析

5．2．1钝化膜腐蚀前的EDS能谱分析

5．2．2钝化膜腐蚀后的EDS能谱分析

5．3钝化膜的傅里叶红外光谱(FTIR)分析

5．4 X射线衍射(XRD)分析

5．5 X射线光电子能谱(XPS)分析

5．5．1复合钝化膜的XPS检测分析

5．5．2产品钝化膜的XPS检测分析

5．6钝化膜的腐蚀机理分析

5．6．1钝化膜的形成机理

5．6．2钝化膜的腐蚀机理

5．7本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

附录

致谢