不锈钢表面稀土铈化学转化膜耐蚀性能的研究

摘要

铬酸盐处理作为传统的钝化方法，取得了良好的钝化效果，通过处理不仅可以提高金属的耐腐蚀性能，而且可以改善金属表面质量，延长其使用寿命。但是，随着人们对铬酸盐剧毒性的认识和环保意识的不断增强，六价铬钝化将会逐渐被取代。在研究和开发新的钝化剂时，人们发现稀土金属盐，由于具有无毒、无污染、对金属及其合金具有很好缓蚀和钝化效果等优点，而引起众多研究者的关注。稀土金属盐，特别是铈盐，可以作为铝、锌和镀锌、铁、镁、碳钢、不锈钢等金属及合金的有效缓蚀剂、钝化剂，取得了一定的研究成果。但国内外对稀土的研究主要集中在铝和锌上，对不锈钢的研究很少，基于此原因，本文对不锈钢表面稀土铈盐化学转化膜进行了以下的研究： （1）研究了不锈钢的抛光工艺。根据各种酸在不锈钢抛光中所起的作用不同进行了分析，选择了它们的用量，并在抛光溶液中适当的添加抛光剂，使不锈钢取得了相当清洁、光亮的表面。 （2）在Ce2（SO4）3和H2O2溶液中进行不锈钢表面处理，通过Lg（34）正交试验优化处理液组成，获得最佳工艺参数：Ce2（SO4）3：0．010mol/L；H2O2：100ml/L；处理温度：75℃：处理时间：60min。 （3）对转化膜进行阳极极化曲线的测试，分析了转化膜对不锈钢的阳极腐蚀的缓蚀机理，并对不同条件下获得转化膜进行分析和对比。测试结果表明，经过稀土处理的不锈钢腐蚀电位发生明显的正移，从未经稀土处理过的20 mV提高到稀土处理后的250～1000 mV。 （4）对转化膜进行交流阻抗谱测试。测试结果表明，不锈钢的极化电阻大约为0．05MΩ·cm-2，形成稀土转化膜的不锈钢的极化电阻大约为4 MΩ·cm-2，可见稀土铈对不锈钢的耐腐蚀能力有很大的提高，大约可以提高80倍。 （5）对转化膜进行SEM测试，观测转化膜表面粒子的沉积方式和表面形貌。测试结果发现，转化膜表面的粒子之间相互交联，对基体的覆盖十分紧密，由于转化膜的隔离作用使得不锈钢的腐蚀速度大大的减慢。 （6）通过EDS能谱测试分析各个元素对转化膜的耐蚀性所起的作用。结果表明，转化膜对不锈钢基体的保护作用主要是依靠铈来实现的，铈的多少决定了转化膜对不锈钢保护程度的好坏。 （7）结合SEM、EDS和XRD测试的结果，讨论不锈钢表面铈盐成膜的反应机理。结果表明，转化膜主要是由不锈钢基体的组成元素（Fe，Cr，Ni）和铈元素的氧化物和氢氧化物组成。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1本文研究的背景及意义

1.1.1不锈钢及其转化膜研究的意义

1.1.2稀土的性质及研究的意义

1.2本文研究的主要内容

第二章文献综述

2.1不锈钢表面的钝化技术

2.1.1不锈钢表面钝化工艺的分类

2.1.2不锈钢表面硝酸钝化工艺

2.1.3不锈钢表面硝酸-重铬酸盐钝化工艺

2.1.4不锈钢表面硝酸-氢氟酸型钝化工艺

2.2不锈钢化学着色

2.2.1不锈钢化学着色膜的生成原理

2.2.2不锈钢化学着色液的成分和工艺

2.3不锈钢电化学着色

2.3.1不锈钢电化学着色成膜机理

2.3.2不锈钢电化学着色液的成分和工艺

2.4稀土转化膜技术的发展

2.4.1不锈钢和碳钢的稀土转化膜

2.4.2铝合会的稀土转化膜

2.4.3其它金属和合金的稀土转化膜

2.5稀土转化膜处理工艺

2.5.1化学浸泡法

2.5.2阴极极化法

2.5.3两步或多步处理法

2.5.4熔盐浸泡法

2.6综述小结

第三章 不锈钢表面钝化和点蚀机理

3.1不锈钢表面钝化理论

3.1.1成相膜理论

3.1.2吸附理论

3.1.3两种理论的比较

3.2点蚀机理

3.2.1蚀孔发生成核的初始阶段

3.2.2蚀孔的生长阶段

3.2.3蚀孔的再钝化阶段

3.3本章小结

第四章 不锈钢表面稀土转化膜制备及性能的研究

4.1实验部分

4.1.1试剂和仪器

4.1.2不锈钢表面稀土转化膜的制备

4.1.3稀土转化膜性能的检测

4.2实验结果与讨论

4.2.1稀土化学转化膜工艺条件选择

4.2.2正交实验法优化选择最佳工艺参数

4.2.3化学转化膜极化曲线测定

4.2.4化学转化膜交流阻抗谱的测试

4.3本章小结

第五章不锈钢转化膜的形成和耐蚀机理的研究

5.1稀土转化膜形成和耐蚀机理

5.2不锈钢表面铈盐转化膜的结构组成表征

5.2.1扫描电镜测试稀土转化膜的表面形貌

5.2.2 EDS能谱测试稀土转化膜的结构组成

5.2.3 X-射线衍射测试转化膜

5.3稀土转化膜形成和耐蚀机理的讨论

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致 谢

研究生在读期间的研究成果