镀锌墨绿色钝化工艺的研究

摘要

钢铁是日常生活中应用最为广泛的金属材料，但钢铁的腐蚀却给我们带来了巨大的损失。目前，钢铁表面镀锌后再进行钝化处理是工业上针对钢铁表面防腐最常用的技术。但电镀工艺中应用的氰化物有剧毒而火碱又严重破坏土壤的pH值，对人身健康和环境造成巨大的伤害，环境友好型钢铁表面防腐处理技术的研究迫在眉睫。本研究课题探索的钝化工艺，是与氯化钾镀锌工艺相配伍的，该工艺是电镀生产中为数不多的绿色环保工艺之一，与环境和谐友好，一直备受推崇，可谓绿色电镀。 在四酸溶液体系中，加入稳定剂及调色剂，对镀锌钢板进行墨绿色钝化处理。研究了溶液成分、浓度、温度、pH值、钝化时间等因素对钝化膜性能的影响，确定了最佳钝化液组分及工艺条件。 用扫描电子微镜观察了钝化膜的微观形貌；用能谱仪测定了钝化膜的元素成分及含量；用X射线光电子能谱研究了钝化膜的元素组成及化学状态；用X射线衍射仪分析了钝化膜的物相组成；用极化曲线、交流阻抗等电化学方法和中性盐雾试验，研究了钝化膜的耐腐蚀性能和腐蚀机理。 墨绿色钝化液组分及工艺条件优化实验表明，钝化液组分最佳范围是：铬酐30 g/L、磷酸11ml/L、硫酸6ml/L、硝酸4ml/L、稳定剂4ml/L、调色剂10ml/L，最佳工艺条件为：溶液pH值1～1．5、钝化液温度20～30℃、钝化时间35～60s。 SEM观察表明，转化膜表面较为均匀平整。EDS分析显示，转化膜主要由Cr、D、P、S、N、Zn组成，膜中还含有少量的Fe。 XPS分析结果表明，钝化膜由Cr、D、P、N、Zn元素组成，并可能以Cr（OH）3、CrOOH、Cr2O3、CrO3、ZnO、Zn3（PO4）2·4H2O、H2O化合物的形式出现在钝化膜中。 XRD分析结果表明，除了Zn晶体（镀锌层）以外，还出现了其它的物质，它们分别是CrPO4、Cr（OH）3、CrOOH、Cr2O3、Zn（OH）2、2ZnO·CrO3·H2D、Zn3（PO4）2·4H2O、H2O和Ag。 极化曲线测量结果显示，阳极极化曲线具有明显的钝化特征，阳极极化度明显大于阴极极化度，表现为阳极控制型。转化试样的腐蚀电位较未钝化试样明显正移，腐蚀电流密度大幅降低。 EIS研究结果显示，Nyquist谱图表现为较为完整的容抗弧，腐蚀体系受电化学控制。 经本文研究的最优工艺处理的钝化试样，外观呈现墨绿色，色泽均匀，通过扫描电镜显示，试样表面形成了均匀致密的钝化膜。中性盐雾试验达400小时，腐蚀速率较五彩钝化膜大大降低。附着力测试擦拭次数达100次之多，远远超过国标要求。本文研究的工艺，流程简单，污染少，易于操作，钝化液性能稳定，是一种较为理想的钝化工艺，具有非常广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.1.1国内发展现状

1.1.2国内外研究动态

1.2电镀锌综述

1.2.1电镀原理

1.2.2氯化钾电镀锌工艺

1.3常用镀锌钝化工艺

1.3.1彩虹色钝化工艺

1.3.2军绿色钝化工艺

1.3.3黑色钝化工艺

1.3.4蓝白色钝化工艺

1.3.5金黄色钝化工艺

1.4课题的学术意义及实用价值

1.5课题研究的主要内容

第2章试验工艺和测试方法

2.1钝化液组分和工艺条件优化

2.1.1试验材料

2.1.2优化试验

2.1.3试样的制备

2.2技术路线

2.3测试方法

2.3.1外观检测

2.3.2膜重测定

2.3.3扫描电镜(SEM)分析

2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)分析

2.3.5 X射线衍射(XRD)分析

2.3.6电化学测试

2.3.7附着力测试

2.3.8中性盐雾试验

第3章墨绿色钝化液组分和工艺条件优化

3.1镀锌墨绿色钝化液组分优化

3.1.1铬酐含量对钝化膜外观及膜重的影响

3.1.2磷酸含量对钝化膜外观及膜重的影响

3.1.3硫酸含量对钝化膜外观及膜重的影响

3.1.4硝酸含量对钝化膜外观及膜重的影响

3.1.5稳定剂含量对钝化膜外观及膜重的影响

3.1.6调色剂含量对钝化膜外观及膜重的影响

3.2镀锌墨绿色钝化工艺条件优化

3.2.1钝化液温度对钝化膜质量的影响

3.2.2钝化时间对钝化膜质量的影响

3.2.3其它工艺条件的影响

3.3墨绿色钝化液故障处理

3.4本章小结

第4章镀锌墨绿色钝化膜的组织与性能

4.1镀锌墨绿色钝化膜的组织结构

4.1.1扫描电子显微镜(SEM)分析

4.1.2 X射线光电子能谱(XPS)分析

4.1.3 X射线衍射(XRD)分析

4.2镀锌墨绿色钝化膜的性能

4.2.1电化学测试

4.2.2中性盐雾试验

4.2.3附着力测试

4.2.4外观检测

4.3镀锌墨绿色钝化膜的成膜机理

4.4本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文