不锈钢化学钝化及硅烷处理的耐蚀性研究

摘要

不同系列不锈钢材料的价格差异较大，较为经济的材料其耐蚀性不能满足较高应用要求，而单纯的化学钝化对不锈钢材料耐蚀性能的提升有限。另一方面，传统含铬盐的钝化处理已逐渐被淘汰，不锈钢的钝化处理已转向环境友好方向发展。近年来，不锈钢表面柠檬酸钝化及硅烷处理方法已成为了人们研究的新方向，前者因其钝化液组分不含铬盐而具有环保特性，后者经研究发现硅烷偶联剂通过化学吸附覆着在金属表面上，形成一层交联网状结构的防护性硅烷膜。目前对不锈钢进行柠檬酸钝化与硅烷处理相结合的研究还比较少，因此，本文对马氏体不锈钢2Cr13化学钝化、硅烷处理及柠檬酸钝化与酸性硅烷体系处理相结合的复合处理耐蚀性差异进行研究，并对其表面不同膜层的耐蚀机理进行探讨，可以为不锈钢表面处理新方向提供参考，并具有一定的实际指导意义。
　　本文研究了马氏体不锈钢化学钝化、硅烷处理和复合处理的耐蚀性及其机理。采用蓝点法比较了不同表面处理后试样变色时间的长短，利用盐水浸泡试验区分了不同表面处理后试样腐蚀速率的大小，采用中性盐雾试验辨别了不同表面处理后试样耐盐雾性的优劣，利用电化学测试方法对比了不同表面处理后试样耐点蚀性能的差异和对腐蚀介质的阻挡能力的区别，采用膜重测试对硅烷膜的膜厚进行了间接表征，以及利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和全反射傅里叶变换红外光谱仪表征了不同表面处理试样表面薄膜，分析了不同薄膜的结构组成和耐蚀机理。
　　研究结果：
　　（1）综合比较，四种耐蚀性测试方法表明了不锈钢不同表面处理的耐蚀效果差异性：单独硅烷处理后试样的耐蚀性优于传统硝酸-重铬酸盐钝化处理后的耐蚀性，先柠檬酸钝化后酸性硅烷体系处理的复合处理试样耐蚀性较单独酸性硅烷体系处理的得到进一步增强。先柠檬酸钝化后酸性硅烷体系处理的复合处理方式兼具优异的耐蚀性和环保特性，有望替代传统的硝酸-重铬酸盐钝化处理。
　　（2）根据膜重测试结果，先柠檬酸钝化后酸性硅烷体系处理的复合处理试样表面硅烷膜膜重低于单独酸性硅烷体系处理后试样的膜重，说明复合膜优异的耐蚀性不仅仅依靠表层硅烷膜，更得益于其双层膜结构。
　　（3）结合表面分析可知，钝化膜有完整性、致密性，硝酸-重铬酸盐钝化膜中主要含有Cr、Fe、O三种元素，其物质组成包括CrOOH、Cr(OH)3、Cr2O3、FeOOH、Fe3O4、Fe2O3。
　　（4）结合表面分析可知，硅烷膜和复合膜均具有完整性、致密性，硅烷膜和复合膜中均主要含有Si、C、O三种元素。
　　（5）根据ATR-FTIR分析可知，硅烷膜与基材之间、复合膜的内外层膜之间均发生了化学吸附，生成结合牢靠的Si-O-Fe的化学键。
　　（6）根据 XPS、ATR-FTIR分析可知，硅烷膜和复合膜的外层硅烷膜中存在C-O、C-Si、Si-O、C=O、-OH等基团，硅醇羟基之间发生脱水缩合反应，形成了相互交联网状结构的三维薄膜，从而构成了致密的硅烷膜。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 本文研究的背景

1.2 不锈钢钝化技术

1.3 不锈钢钝化机理

1.4 硅烷偶联剂概述

1.5 研究内容与意义

第二章 试验方案

2.1 实验材料与仪器

2.2 实验方法

2.3 测试及表征

第三章 不锈钢化学钝化的耐蚀性研究

3.1 性能检测

3.2 表面分析

3.3 钝化膜耐蚀机理分析

3.4 本章小结

第四章 不锈钢硅烷处理的耐蚀性研究

4.1 性能检测

4.2 表面分析

4.3 硅烷膜耐蚀机理分析

4.4 本章小结

第五章 不锈钢复合处理的耐蚀性研究

5.1 性能检测

5.2 表面分析

5.3 复合膜耐蚀机理分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间的主要工作及发表的文章