镀锡/铬板表面氧含量对其涂饰性影响的研究

摘要

镀锡/铬板是指在冷轧低碳薄钢板表面镀覆锡/铬层而获得的一种功能材料。它既有薄钢板优良的机械性能，又兼具镀层金属的耐蚀性以及美观性能，在食品包装领域有着广泛的应用。但是，镀锡/镀铬板在应用前必须进行印涂处理，因此，研究镀锡/镀铬板表面氧含量对其涂饰性的影响具有重要的理论和实际意义。
　　本课题以实验室研究为基础，以现场生产为导向，以提高镀锡/铬板涂饰性为宗旨，借助X射线光电子能谱仪(XPS)和电化学E-t曲线分析镀锡/铬板表面结构及氧含量，采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、热重分析仪并辅以划格实验考察了表面氧元素变化对镀锡/铬板涂饰性的影响，取得如下结论:
　　(1)利用XPS确定镀锡/铬板表面层的结构:镀锡板钝化膜是由Cr、Cr2O3及Cr(OH)3组成，其成分比例分别为8.58％、34.71％和56.71％;镀铬板主要由Cr2O3、CrOOH、Cr(OH)3和H2O组成，Cr和O元素成分比例分别为22.77％和69.32％。
　　(2)确定镀锡板合适的钝化条件为:钝化液浓度为25g·L-1，钝化温度为45℃，钝化电流密度为0.4A·cm-2，钝化液pH为4.3。
　　(3)电流密度对于一步法或两步法镀铬过程具有重要影响。电流密度较低时，生成的镀层较少且分布不均，存在漏镀的现象，影响镀铬板的质量;当电流密度过高时，又会使镀铬板表面发黄，甚至产生烧损。
　　(4)镀锡/铬板表面氧含量对其涂饰性具有重要影响:当镀锡板钝化时间控制在3～7s之间时得到的镀锡板具有最佳的涂饰性，此时钝化膜中铬含量31.5～39.38 mg·m-2，氧含量为19.95～24.94mg·m-2;对于一步法镀铬工艺，当电镀时间为9～17s得到的镀铬板具有较佳的涂饰性;两步法镀铬工艺，在电镀金属铬工艺不变的条件下，电镀氧化铬时间为3s～7s时，其涂饰性较好;镀铬板表面膜中铬含量应控制为50.63～75.38mg·m-2，氧含量为154.14～198.64 mg·m-2。
　　(5)烘烤工艺对镀锡/铬板表面涂饰性具有重要影响:对于镀锡板而言，当烘烤温度为200℃、烘烤时间为15min时，镀锡板与表面漆膜结合力较佳，耐蚀性也较好;对于镀铬板而言，烘烤工艺为200℃，烘烤时间为20min时，镀铬板与表面漆膜结合力较好，耐蚀性较强。
　　(6)随着氧化铬层厚度的提高，镀铬板表面含水率逐渐提高，当镀铬板表面氧化铬层厚度大于8mg·m-2，镀铬板表面含水率大于4％;而当镀铬板表面氧化铬层厚度大于10mg· m-2，其含水率大于10％。
　　(7)结合镀锡/铬板表面氧化量及其相应的涂饰性可知，镀铬板的涂饰性优于比镀锡板的涂饰性，其主要原因为镀铬板中铬和氧含量较高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 镀锡和镀铬板简介

1．1．1 镀锡板简介

1．1．2 镀铬板简介

1．2 镀锡板和镀铬板产品结构和特点

1．2．1 镀锡板的结构和各层作用

1．2．2 镀铬钢板的产品结构及特点

1．3 镀锡板和镀铬板生产工艺及特点

1．3．1 镀锡板的生产工艺流程及特点

1．3．2 镀铬板的生产工艺及特点

1．4 镀锡板和镀铬板的优点和存在的问题

1．4．1 镀锡板的优点和存在的问题

1．4．2 镀铬板的优点和存在的问题

1．5 镀锡／铬板的涂饰性

1．6 镀锡／铬表面分析方法

1．6．1 镀锡／铬板表面铬含量的测定

1．6．2 镀锡／铬板表面漆膜的附着机理及检测

1．7 本论文的研究意义及内容

第2章 实验原理、材料及研究方法

2．1 实验原理

2．1．1 镀锡板钝化机理

2．1．2 镀锡钢板表面钝化成膜机理

2．1．3 电镀铬原理

2．2 实验材料、仪器设备及药品

2．3 实验内容

2．3．1 实验室条件下镀锡板试样制备过程及方法

2．3．2 电镀铬板试样制备过程及实验内容

2．4 研究方法

2．4．1 镀锡／铬板微观结构分析

2．4．2 镀锡／铬板表面铬含量的测定

2．4．3 极化曲线测试

2．4．4 法拉第电解定律

2．4．5 镀锡／铬板涂料附着力的测定

2．4．6 X射线光电子能谱分析镀锡／铬板表面结构

2．4．7 镀锡／铬板表面含水率的测定

第3章 镀锡板表面氧含量对涂饰性的影响

3．1 化对镀锡板钝化膜的影响

3．1．1 钝化液浓度对镀锡板钝化膜中铬含量的影响

3．1．2 钝化温度对镀锡板钝化膜中铬含量的影响

3．1．3 钝化液PH对镀锡板钝化膜中铬含量的影响

3．1．4 电流密度对镀锡板钝化膜中铬含量的影响

3．2 镀锡板表面钝化膜结构的确定

3．3 镀锡板表面氧含量对涂饰性的影响

3．3．1 镀锡板具有最佳涂饰性时钝化时间的确定

3．3．2 镀锡板具有最佳涂饰性时的氧含量的确定

3．4 烘烤过程对镀锡板涂饰性的影响

3．4．1 烘烤时间对镀锡板钝化膜的影响

3．4．2 烘烤温度对镀锡板钝化膜的影响

3．5 本章小结

第4章 镀铬板表面氧含量对涂饰性的影响

4．1 镀铬板表面结构的确定

4．1．1 镀铬板表面XPS全貌图

4．1．2 镀铬板表面铬的存在形式

4．1．3 镀铬板中含水率的测定

4．2 电镀氧化铬时间对两步法镀铬板涂饰性的影响

4．2．1 电镀氧化铬时间对两步法镀铬板涂饰性的影响

4．2．2 两步法镀铬板具有最佳涂饰性时表面氧含量的确定

4．3 烘烤过程对两步法镀铬板涂饰性的影响

4．3．1 烘烤时间对两步法镀铬板的影响

4．3．2 烘烤温度对两步法镀铬板涂饰性的影响

4．4 电流密度对一步法镀铬板的影响

4．5 电镀时间对一步法镀铬板涂饰性的影响

4．5．1 电镀时间对一步法镀铬板涂饰性的影响

4．5．2 一步法镀铬板具有最佳涂饰性时表面氧含量的确定

4．6 烘烤过程对一步法镀铬板涂饰性的影响

4．6．1 烘烤时间对一步法镀铬板的影响

4．6．2 烘烤温度对一步法镀铬板涂饰性的影响

4．7 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢