金属表面无磷无铬转化膜的耐蚀性能研究

摘要

金属腐蚀不仅让全世界损失了大量经济财产，也对我国国民生产总值产生了重大影响。传统采用磷化和铬酸盐钝化处理来对金属进行表面处理，然而磷化的大量使用与后续废水处理导致水体富营养化，严重破坏了水体平衡;铬酸盐钝化严重污染了环境，且对人体有致癌性，近几年铬酸盐的使用受到欧盟等的多项限制使用指令。该类处理引发了严重的环境问题，引起了人们的广泛关注与深思。本文就是在这一背景下产生的，硅烷是近几年用于金属表面处理的绿色环保新型处理剂，但是存在耐蚀性差、不稳定等特点。本文选取一种具有特殊结构的硅烷偶联剂，加以辅助成膜剂，在金属表面生成了一层无磷无铬化学转化膜。
　　1、本文利用单因素实验，考察了各组分、处理时间及温度对转化膜耐蚀性能的影响。并进一步利用正交实验对各组分进行优化，获得了最佳处理工艺配比:75 g/L硅烷偶联剂HQ-1，8g/L无机盐HQ-2，4g/L稀土盐硝酸铈，8g/L丙三醇，4g/L硝酸，处理时间5min，温度40℃。
　　2、利用多种加速腐蚀实验:化学浸泡实验（腐蚀环境分别为:1mol/L HCl溶液、3wt.％ NaOH溶液和3.5wt.％ NaCl溶液）与中性盐雾实验考察了各试样在不同腐蚀介质中的耐蚀性。实验结果表明，经最佳配方处理后的试样在化学浸泡实验中耐蚀性最好，腐蚀速率相对空白样降低了接近3倍，耐中性盐雾时间长达60h，抗蚀效果接近铬酸盐钝化膜。
　　3、根据场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察了膜层被腐蚀前后的微观形貌，分析对比了辅助成膜剂:稀土盐和无机盐HQ-2的作用。并利用EDS对膜层的结构组成进行了分析与表征，初步研究和探讨了金属表面膜层形成机制和金属表面的腐蚀行为。
　　4、通过电化学实验研究了金属在不同腐蚀环境（1mol/L HCl溶液、3wt.％NaOH溶液和3.5wt.％ NaCl溶液）中的耐蚀性，根据塔菲尔曲线和电化学阻抗谱的结果发现，经最佳成膜工艺处理后的试样在不同腐蚀环境中缓蚀率都达到了94％以土，抵御腐蚀离子的能力最强。
　　综上，本文利用单因素实验和正交实验得到了一种适用于金属表面的耐蚀效果佳的新型无磷无铬转化膜。希望本论文的相关研究，能够给今后金属表面处理行业提供一些参考，开辟一条更出色的无磷无铬绿色环保表面处理之路。本课题得到了合肥华清金属表面处理有限责任公司的大力支持。

目录

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摘要

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引言

1 文献综述

1．1 无机物转化膜研究现状

1．1．1 钼酸盐

1．1．2 钨酸盐

1．1．3 硅酸盐

1．1．4 稀土金属盐

1．1．5 锆盐、钛盐类

1．2 有机物转化膜研究现状

1．2．1 植酸

1．2．2 二氨基三氮杂茂及其衍生物

1．2．3 单宁酸

1．2．4 有机硅烷

1．2．5 丙烯酸树脂

1．2．6 环氧树脂

1．3 有机与无机物复合转化膜的研究现状

1．3．1 硅烷偶联剂与无机物间的复合转化膜

1．3．2 树脂类与无机物的复合钝化

1．3．3 植酸与某些无机物的复合钝化

1．4 本论文研究目的、意义及内容

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容

2 实验设计

2．1 主要实验仪器及药品

2．1．1 实验原料与试剂

2．1．2 实验仪器及设备

2．1．3 实验工件主要成分

2．2 实验流程

2．3 检测方法

2．3．1 硫酸铜点滴实验

2．3．2 盐雾实验

2．3．3 盐水浸泡实验

2．3．4 电化学检测

2．3．5 表面形貌

3 无磷无铬转化膜工艺的研究

3．1 基础配方的确定

3．2 工艺参数的确定

3．2．1 硅烷偶联剂HQ-1的影响

3．2．2 硝酸铈含量的影响

3．2．3 无机盐HQ-2用量的影响

3．2．4 转化时间的影响

3．2．5 转化温度的影响

3．3 工艺参数的优化

3．3．1 正交实验

3．3．2 正交实验设计

3．3．3 正交实验结果与分析

3．4 总结

4 无磷无铬转化膜的化学腐蚀实验及成分分析

4．1 浸泡加速腐蚀实验

4．1．1 中性溶液中化学浸泡实验

4．1．2 碱性溶液中化学浸泡实验

4．1．3 酸性溶液中浸泡腐蚀实验

4．2 中性盐雾加速腐蚀实验

4．3 转化膜的成分分析

4．4 小结

5 无磷无铬转化膜的电化学实验

5．1 塔菲尔曲线

5．1．1 试样在中性溶液中的塔菲尔曲线

5．1．2 试样在碱性溶液中的塔菲尔曲线

5．1．3 试样在酸性溶液中的塔菲尔曲线

5．2 交流阻抗

5．2．1 电化学交流阻抗原理

5．2．2 试样在中性溶液中的交流阻抗谱

5．2．3 试样在碱性溶液中的交流阻抗谱

5．2．4 试样在酸性溶液中的交流阻抗谱

5．3 小结

6 结论

参考文献

致谢

导师简介

作者简介及读研期间主要科研成果