热镀锌板的有机--无机复合钝化及其性能研究

摘要

随着经济的发展，热镀锌钢板在汽车，家电，水管等行业需求旺盛，市场需求量也越来越大。但是，热镀锌板在潮湿环境中容易腐蚀生锈变黑，影响其使用寿命和美观。为了提高热镀锌钢板耐腐蚀性能，通常在其表面进行钝化处理。过去通常利用铬酸盐钝化处理工艺。由于铬酸盐有毒和人们环保意识增强，找到一种有效替代铬酸盐的新的钝化工艺迫在眉睫。 本文研究了热镀锌钢板的三种钝化工艺:碱性丙烯酸树脂钝化工艺、酸性丙烯酸树脂钝化工艺和硅烷-无机复合钝化工艺。通过中性盐雾实验和电化学测试结果评价了三种工艺。确定选择硅烷-无机复合钝化工艺做进一步研究。 采用正交实验对硅烷-无机复合钝化工艺的实验成分进行了优化。得到各成分最佳组成。在其基础上，利用正交实验和单因素实验对酸性丙烯酸树脂改进硅烷-无机钝化工艺的实验配方与钝化工艺（钝化剂pH和固化温度）进行优化。得到最终钝化及配方为:硅烷KH550为2g，氟硅酸铵为4g，硫酸氧钛为0.4g，磷酸二氢铵为0.25g，乙酰丙酮氧钒为0.15g，保护胶体0.2g，乳化剂0.1g，分散剂0.2g，丙烯酸树脂14g。应用优化配方复配钝化剂，钝化成膜，中性盐雾试验72小时后白锈面积小于5％，达到实验预期。 结合实验研究与工业生产的性能测试方法，利用优化后的丙烯酸树脂-硅烷-无机复合钝化配方及工艺制备的钝化膜进行测试。检测结果显示复合钝化膜具有优良的耐腐蚀性能，耐热性能和涂装性能(1～2级)。 通过树脂-硅烷-无机复合钝化膜的傅里叶红外光谱分析可知，钝化膜中主要有碳链、-COOH、-NH2、Si-O-Si、Si-O-Zn、-(CH2)n-等有机基团。Si-O-Zn的存在说明硅烷与基体发生了化学键结合，使膜层与基体结合力增强，Si-O-Si的存在说明硅醇之间发生了缩合反应形成膜层。 利用X射线光电子能谱对钝化膜进行全元素扫描和窄幅扫面，拟合结果说明钝化膜层中形成了C-O-Si、Si-O-Si、O-Zn等化学键，与红外光谱分析结果相符。C-O-Si、Si-O-Si的存在说明了丙烯酸树脂与硅醇之间相互发生了缩合反应，在膜层表面形成了致密钝化膜。 通过钝化膜的扫描电镜检测、盐雾实验检测、电化学检测、红外光谱分析和X射线光电子能谱分析可以说明钝化剂在热镀锌表面形成了钝化膜，钝化膜的存在改变了热镀锌基体的形貌，硅烷和丙烯酸树脂形成的致密膜层可以有效地阻止腐蚀介质向基体渗透，起到保护基体，提高基体耐腐蚀性能的作用。 通过对钝化膜以及腐蚀产物的SEM、XRD、EDS分析可知，腐蚀产物主要由Zn、C、O、H、Cl、P、S的化合物，主要为ZnO、Zn(OH)2、Zn5(OH)8Cl2·H2O以及含C13以下的有机物等。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1选题研究背景和意义

1．2铬酸盐钝化

1．3无机盐类无铬钝化

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实验材料及仪器设备

2．1．1实验材料

2．1．2实验仪器设备

2．2实验过程

2．2．1钝化剂的制备

2．2．2热镀锌板预处理

2．2．3钝化膜的制备

2．2．4钝化剂配方以及工艺条件优化

2．3复合钝化膜的性能测试

2．3．1钝化膜的耐腐性能测试

2．3．2钝化膜的电化学测试

2．3．3钝化膜的耐热性能测试

2．3．5钝化膜的耐碱性能测试

2．3．6钝化膜的耐酸性能测试

2．3．7钝化膜的漆膜附着力测试

2．4复合钝化膜的微观结构表征

2．4．1扫描电镜(SEM)分析

2．4．3傅里叶红外光谱(FTIR)分析

2．4．4 X射线光电子能谱(XPS)分析

第3章有机-无机复合钝化工艺的筛选

3．1不同钝化工艺初步研究

3．1．1碱性树脂钝化工艺

3．1．2酸性树脂钝化工艺

3．1．3硅烷钝化工艺

3．2三种钝化工艺对比

3．2．1钝化膜的SEM形貌分析

3．2．2钝化膜的电化学分析

3．3硅烷-无机复合钝化配方优化

3．3．1硅烷-无机复合钝化正交试验

3．3．2硅烷-无机复合钝化膜与商品膜表面形貌对比

3．3．3硅烷-无机复合钝化膜与商品膜电化学对比

3．4硅烷-树脂-无机复合钝化配方优化

3．4．1硅烷-树脂-无机复合钝化正交试验

3．4．2硅烷-树脂-无机复合钝化膜与商品膜对比

3．4．3硅烷-树脂-无机复合钝化与商品膜电化学对比

3．5钝化工艺的优化

3．5．1钝化剂的pH

3．5．2钝化膜的固化温度

3．6本章小结

第4章有机-无机复合钝化膜的的性能

4．1钝化膜的耐腐蚀性能

4．2钝化膜的电化学性能

4．2．1钝化膜的极化曲线测量

4．2．2钝化膜的交流阻抗测量

4．3钝化膜的漆膜附着力性能

4．4钝化膜的耐热性能

4．5钝化膜的耐碱性能

4．6钝化膜的耐酸性能

4．7本章小结

第5章有机-无机复合钝化膜的微观结构

5．1傅里叶红外光谱分析

5．2 X射线光电子能谱分析

5．3钝化膜的表面形貌分析

5．4 X射线衍射分析

5．5钝化膜EDS分析

5．6钝化膜耐腐蚀机理分析

5．6．1钝化膜的形成

5．6．2钝化膜的腐蚀

5．7本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和专利