一种用于评价冷轧板磷化膜耐蚀性用的电化学测试溶液

摘要

本发明公开一种用于评价冷轧板磷化膜耐蚀性用的电化学测试溶液，其特点是其溶质为磷酸盐组合物，溶剂为蒸馏水，溶液浓度按质量百分比为0.1％～1％，其pH值为6～8，适应温度范围为0～60℃，本发明的优点及效果在于：(1)该溶液为中性，对浸入的材料侵蚀性小；(2)该溶液具有稳定的酸度，能够减少其它因素对溶液pH值的影响；(3)该溶液稳定，在10～60℃之间成分无变化、pH值变化≤0.01；(4)能够快速获得稳定的电化学条件，且对磷化材料和未磷化材料所表现的电化学参数有明显的差异，可以真实、快速的评价磷化膜的耐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明属于一种化学测试溶液，具体是一种用于冶金行业评价冷轧板磷化膜耐蚀性能用的电化学测试溶液。

背景技术

磷化作为重要的表面预处理技术，在耐蚀、涂装、润滑、精饰等方面得到了广泛的发展和应用。磷化膜的用途取决于磷化膜的性能，因此客观评价磷化膜的性能就显得尤为重要。耐蚀性能是磷化膜的一个重要的使用性能，现已有一系列的常规试验测试方法，包括膜重测量、硫酸铜点蚀试验、盐水试验和电化学测试等。膜重测量较为精确，但其结果不能直接对应于磷化膜的耐蚀性，如细晶磷化膜比粗晶磷化膜更均匀致密，且具有更好的耐蚀性能；硫酸铜点蚀试验和盐水试验都能较直接地评价磷化膜的耐蚀性，但只能给出定性的结果，而且容易引入较大的人为误差；电化学测试包括腐蚀电位法、极化法、电化学阻抗法等，是正确和客观评价磷化膜性能的一种数字化测试技术，它可以测定含有磷化膜的电极在电解质溶液中的腐蚀电位、电流值或阻抗值，通过这些数据可算得金属的溶解速度和磷化膜的孔隙率，定量评价磷化膜的耐蚀性能。

在磷化膜耐蚀性能的电化学测试过程中，测试溶液可能会使磷化膜的性质变化、增大或减小磷化膜的孔隙率、或者改变基体/磷化膜的界面结构等。所以，要准确评价磷化膜的耐蚀性能，应注意电化学测试溶液的选择。Kiss等人发现，磷酸锌膜层在酸性、碱性、含有络合剂的溶液中都将快速溶解；Stiegditz等人研究发现，在NaCl和Na₂SO₄等中性中含有氯离子或硫酸根离子的渗入，或膜层下磷酸根离子的溶解都将使磷化膜的性质发生变化；Wang等人研究发现，在0.01mol/LNaoH溶液中磷化膜的孔隙率随阴极极化的增强而增加，而在0.5mol/L Na₂SO₄溶液中孔隙率随pH的减小而增大(pH＝7.0时，孔隙率为2.8％；pH＝4.7时，孔隙率为36.5％)；Fils等人在室温下利用pH值为8.5、浓度为0.005mol/LNa₂HPO₄溶液作为磷化膜的电化学测试人员，但该溶液呈碱性，且只能在室温下的进行试验。

综上所述，磷化膜耐蚀性能电化学测试技术的关键因素之一是正确选择一种对磷化膜无侵蚀的测试溶液，该溶液使浸入其中的磷化膜不发生显著变化，即该溶液可快速地获得稳定的电化学条件，且对磷化材料和未磷化材料所表现的电化学参数有明显的差异，目前还没有符合上述条件的电化学测试溶液。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种新型的电化学测试溶液。该溶液解决了电化学测试过程中，由于电化学测试溶液对磷化膜具有侵蚀作用而使磷化膜耐蚀性能的电化学测试结果产生误差的问题。

这种新型的电化学测试溶液，其溶质为磷酸盐组合物，溶剂为蒸馏水，溶液浓度按质量百分比为0.1～1％，其pH值为6～8，适应温度范围为0～60℃。

所述的磷酸盐，包括磷酸二氢钾和磷酸氢二钠组合物，或磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中两者搭配组合。

采用磷酸二氢钾和磷酸氢二钠组合溶液时，其两种盐按摩尔比例1∶1配比。所述蒸馏水的电导率≤5μs/cm。

本发明的优点及效果在于，

(1)该溶液为中性，对浸入的材料侵蚀性小。

(2)该溶液具有稳定的酸度，能够减少其它因素对溶液pH值的影响。

(3)该溶液稳定，在10～60℃之间成分无变化、pH值变化≤0.01。

(4)能够快速获得稳定的电化学条件，且对磷化材料和未磷化材料所表现的电化学参数有明显的差异，可以真实、快速的评价磷化膜的耐蚀性能。

附图说明

图1为磷化后冷轧板在不同溶液中的开路电位对比图；

图2为3.5％NaCl溶液中磷化前、后的冷轧板的电化学阻抗Nyquist图；

图3为本发明中磷化前、后的冷轧板的电化学阻抗Nyquist图。

具体实施方式

本发明适用于评价冷轧板磷化膜耐蚀性能，其特点在于其溶质为磷酸盐组合物，溶液浓度按质量百分比为0.1％～1％，溶剂采用蒸馏水，其pH值为6～8，这种化学测试适应温度范围为10～60℃。所述蒸馏水的电导率≤5μs/cm。

所述的磷酸盐，包括酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中两者搭配组合，当两者按摩尔比例1∶1配比时，该溶液具有稳定的酸度，能够减少其它因素对溶液pH值的影响，避免了由于溶液酸度的变化对磷化膜性能的影响。当磷酸二氢钾与磷酸氢二钠组合时其效果显著。

下面通过对磷化前、后冷轧板在本发明的一个具体实施例及最常用的3.5％NaCl溶液中的电化学行为的对比，来具体说明本发明的效果。

步骤1、将0.025mol的KH₂PO₄和0.025mol的Na₂HPO₄溶于200ml蒸馏水中，最后将其定容1000ml。该溶液的质量百分比浓度为0.7％，在10～60℃之间，其pH值为6.86。

步骤2、将磷化后的冷轧板分别置于3.5％NaCl溶液与本发明溶液中进行开路电位的测试，扫描速度为0.166mv/s，当电位在120s时间内的变化值小于5mV时，终止试验。

步骤3、将磷化前、后的冷轧板分别置于3.5％NaCl溶液与本发明溶液中进行阻抗Nyquist谱图的测试，扫描速度为0.166mv/s，阻抗谱图试验所用的正弦电压信号幅值为10mV作为激励信号，扫描频率范围为1×10⁵Hz～1×10^-1Hz。

步骤4、根据磷化后冷轧板开路电位稳定的时间来判断电化学测试溶液侵蚀性的大小。

如图1所示，在3.5％NaCl溶液中，磷化后的冷轧板在120s内开路电位的变化值小于5mV出现的时间为580s左右；在本发明溶液中，磷化后的冷轧板在120s内开路电位的变化值小于5mV出现的时间为180s左右，这说明磷化后的冷轧板在本发明溶液中可快速地获得稳定的电化学电位，本发明溶液使浸入其中的磷化膜的性质不发生显著变化，可以真实的反映磷化膜的耐蚀性能。

步骤5、根据磷化前、后冷轧板在电化学测试溶液中阻抗Nyquist谱图的半径来判定磷化膜的耐蚀性能。

如图2所示，在3.5％NaCl溶液中，磷化前、后冷轧板的阻抗Nyquist谱图半径差别较小，最大的Zim值大约相差40Ω左右。

如图3所示，在本发明溶液中，磷化前、后冷轧板的阻抗Nyquist谱图半径差别显著，最大的Zim值大约相差3000Ω左右。

从上述的对比可以看出，本发明溶液对磷化材料和未磷化材料所表现的电化学参数有明显的差异，有利于准确的评价磷化膜的耐蚀性能。

实验表明，测试过程中本发明在10～60℃之间溶液稳定，成分无变化，pH值变化≤0.01。

表1为本发明的几个具体实施例。

表1试验数据