混合稀土—三聚磷酸钠协同钝化工艺及机理研究

论文摘要

电镀锌是钢铁领域重要的防腐技术之一,电镀锌钢板因其具有良好的防腐蚀能力而被广泛的用于汽车、家电、建筑和航空等领域。但电镀锌钢板在潮湿的环境中易被腐蚀,产生白色的腐蚀产物,严重影响镀锌钢板的防腐蚀能力。在电镀锌钢板表面采用铬酸盐钝化技术可以大大提高电镀锌钢板的防腐蚀能力,并且铬酸盐钝化技术工艺简单、成本低廉。但铬酸盐有剧毒,对人体健康和环境造成了严重的危害。世界各国对铬酸盐钝化技术的应用采取了严格的限制,因此无铬钝化、环境友好型钝化技术的开发受到了广泛的重视。本文致力研究无毒、无污染的稀土钝化膜工艺,并通过一系列的测试手段对稀土钝化膜的耐腐蚀性能及稀土钝化膜的组成进行了测试和分析,最终总结测试分析结果对稀土钝化膜的成膜机理进行了探讨和分析。首先利用单因素实验确定了实验的主盐、氧化剂、缓冲剂、添加剂及其用量范围,并通过正交试验对实验配方进行优化,确定最佳工艺。最佳工艺为：混合稀土25g/L、硅酸钠7g/L、双氧水15ml/L、H3B0330g/L、三聚磷酸钠15g/L、添加剂0.8g/L、过硫酸钾3g/L、三聚磷酸盐钝化液pH为8左右、钝化工艺在室温条件下进行。通过中性盐雾实验以及盐水浸泡实验对复合钝化膜的耐腐蚀性能进行了测试,测试结果表明混合稀土-三聚磷酸盐复合钝化膜具有很强的抗腐蚀能力,且其耐腐蚀性能优于低铬酸盐钝化膜、混合稀土钝化膜、三聚磷酸盐钝化膜,这说明混合稀土与三聚磷酸盐之间存在协同钝化效果。通过动电位极化曲线和电化学阻抗曲线研究混合稀土与三聚磷酸盐复合钝化膜的电化学性能,并与低铬酸盐钝化膜、混合稀土钝化膜、三聚磷酸盐钝化膜的电化学测试结果进行对比实验。测试结果表明混合稀土-三聚磷酸盐复合钝化膜能够有效降低镀锌层的腐蚀电流,且通过对比实验发现混合稀土-三聚磷酸盐复合钝化膜的自腐蚀电位要高于低铬酸盐钝化膜、混合稀土钝化膜、三聚磷酸盐钝化膜的自腐蚀电位,腐蚀电流要低于其他钝化膜。混合稀土-三聚磷酸盐复合膜的电化学阻抗大于其他三种钝化膜的阻抗,这说明混合稀土-三聚磷酸盐复合钝化膜的耐腐蚀性能要优于其他三种钝化膜。通过XPS、EDS、SEM对复合钝化膜的成份和组成元素价态进行分析,分析结果如下：复合钝化膜主要由Ce、P、O、Zn等元素组成,且各元素在膜层中存在的价态如下：Ce主要以+4形式存在,具体存在形式为铈的三聚磷酸盐；P主要是以+5形式存在,具体存在形式有三聚磷酸根及ZnP30103-；O存在形式是O2-,具体存在形式为三聚磷酸根及ZnP3O103-。通过SEM对复合膜钝化膜的微观形貌进行观察,观察结果发现混合稀土-三聚磷酸盐复合钝化膜表面平整、致密。综上所述,混合稀土-三聚磷酸盐复合膜钝化工艺无毒、无污染、操作简便且稀土钝化膜耐腐蚀性能优于低铬酸盐钝化膜,复合钝化液稳定,成本低廉,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 防腐蚀工程技术分类
• 1.3 化学钝化膜介绍
• 1.3.1 化学钝化定义
• 1.3.2 化学钝化膜处理方法
• 1.4 钢铁零部件镀锌层化学钝化膜技术研究进展
• 1.4.1 铬酸盐钝化技术研究进展
• 1.4.2 无铬钝化技术的研究进展
• 1.5 本课题研究内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第二章 实验方法及实验原料
• 2.1 镀锌工艺
• 2.1.1 试样准备
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 镀锌工艺
• 2.1.4 镀液组成及配置方法
• 2.1.5 工艺流程
• 2.2 钝化技术
• 2.3 测试分析技术
• 2.3.1 中性盐雾试验
• 2.3.2 硫酸铜点滴试验
• 2.3.3 盐水浸泡试验
• 2.3.4 附着力测试
• 2.3.5 电化学测试
• 2.3.6 成份分析及组织形貌
• 第三章 混合稀土-三聚磷酸盐钝化膜工艺研究
• 3.1 实验原料
• 3.1.1 主盐
• 3.1.2 氧化剂、缓冲剂
• 3.1.3 缓蚀剂
• 3.1.4 钝化方式的选择
• 3.2 钝化液配制以及钝化工艺流程
• 3.2.1 钝化液配制
• 3.2.2 铬酸盐钝化液配制
• 3.2.3 出光液配制
• 3.2.4 钝化工艺流程
• 3.3 正交试验
• 3.4 单因素优化实验
• 3.4.1 混合稀土浓度对钝化膜耐腐蚀性能的影响
• 3.4.2 添加剂浓度对钝化膜耐腐蚀性的影响
• 3.4.3 三聚磷酸盐钝化液温度对复合钝化膜耐腐蚀的影响
• 3.4.4 钝化液pH对钝化液的稳定性及钝化膜耐腐蚀性能的影响
• 3.4.5 过硫酸钾浓度对复合钝化膜耐腐蚀性能影响
• 3.4.6 两步钝化之间停顿时间对复合钝化膜耐腐蚀性能的影响
• 3.5 优化后钝化液稳定性能考察
• 3.6 本章小结
• 第四章 混合稀土-三聚磷酸盐钝化膜性能研究
• 4.1 测试技术
• 4.1.1 中性盐雾试验
• 4.1.2 盐水浸泡试验
• 4点滴试验'>4.1.3 3% CuSO₄点滴试验
• 4.1.4 电化学测试
• 4.1.5 附着力测试
• 4.2 本章小结
• 第五章 复合钝化膜微观形貌及成份分析
• 5.1 X射线光电子能谱分析
• 5.2 复合钝化膜成份分析
• 5.2.1 复合膜成份与价态分析
• 5.2.2 复合钝化膜的SEM图谱分析
• 5.3 成膜机理分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表论文目录
• 附录B 本论文的图表清单