熱鍍鋅鋼板鉬酸鹽鈍化膜的耐蝕性研究

【簡介】

熱鍍鋅鋼板鉬酸鹽鈍化膜的耐蝕性研究

劉艷榮1，周婉秋1，施耀萍2，武士威l，劉佳旭1

(1．沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽110034;2．天津市輕工裝備研究所，天津300193)

摘要：對(duì)熱鍍鋅鋼板鉬酸鹽鈍化膜進(jìn)行了研究，探索了一種新的鍍鋅層無鉻鈍化工藝，制備出均勻、致密的黑色鈍化膜。鈍化液的主要成分為鉬酸鹽，并添加了適量的促進(jìn)劑和添加劑。采用電化學(xué)方法在中性NaCl溶液中研究了鈍化膜的耐蝕性能。極化曲線測試結(jié)果表明：鈍化膜陽極極化曲線呈現(xiàn)鈍化特征，相對(duì)于熱鍍鋅鋼板基體而言，鈍化膜的腐蝕電位正移，腐蝕電流密度減小。EIS研究顯示：阻抗孤曲率半徑明顯增大，表明該鈍化膜在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中可有效阻止腐蝕介質(zhì)的浸蝕。SEM觀察表明：鉬酸鹽鈍化膜在熱鍍鋅鋼板表面覆蓋的較為均勻、致密，無裂紋出現(xiàn)。EDX分析表明：鈍化膜主要由Mo,P,O,Zn,Fe和Al等元素組成。

關(guān)鍵詞：熱鍍鋅鋼板；鉬酸鹽鈍化膜；耐蝕性；SEM

中圖分類號(hào)：TG 174    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A    文章編號(hào)：1000-4742(2011)02-0026-04

0前言

熱鍍鋅鋼板被廣泛用于航空、汽車、建筑、輕工業(yè)等領(lǐng)域。然而，熱鍍鋅鋼板的鍍鋅層在潮濕的環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕，表面形成白銹^[1]，甚至出現(xiàn)紅銹。對(duì)鍍鋅層進(jìn)行化學(xué)鈍化處理是大幅度提高其耐蝕性的有效方法。目前廣泛使用的鉻酸鹽鈍化處理雖具有良好的耐蝕性能，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。采用鉬酸鹽^[2-4]、稀土金屬鹽^[5-6]、鈦鹽^[7]、有機(jī)硅烷^[8-10]等無毒或低毒的鈍化劑對(duì)鍍鋅層進(jìn)行鈍化處理，以取代高污染的鉻酸鹽鈍化處理成為研究的重點(diǎn)^[11]。

本文在鉬酸鹽鈍化液中加入適量的促進(jìn)劑及有機(jī)添加劑，在熱鍍鋅鋼板表面形成了耐蝕性能優(yōu)良的黑色鈍化膜以替代有毒的鉻酸鹽鈍化。著重研究了該鈍化膜的耐蝕性能、表面形貌及鈍化膜的元素組成。

1  實(shí)驗(yàn)

1.1試樣制備

實(shí)驗(yàn)材料為首鋼生產(chǎn)的厚0.8 mm的熱鍍鋅鋼板，鍍鋅層約為120 g/m²，加工成20 mm×30 mm的長方形試片。

1.2工藝流程

試樣→丙酮除油→蒸餾水洗→質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的HC1酸洗→蒸餾水洗→鈍化→蒸餾水洗→吹干

1.3  工藝條件

Na₂M00₄ 10～35 g/L, Na₃P0₄ 5～40 g/L, CH₃COONa 5～20g/L，促進(jìn)劑適量，添加劑適量，pH值2～4，30～60℃，20～80s。

1.4電化學(xué)性能測試

采用美國EG&G公司生產(chǎn)的PARM273A型恒電位儀和M5210型鎖相放大器電化學(xué)測量系統(tǒng)，采用三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極( SCE)，輔助電極為鉑電極，工作電極為熱鍍鋅鋼板鈍化膜試片，用有機(jī)膠密封，露出約1 cm²的工作表面。極化曲線測量掃描速率為0.5 mV/s，電位掃描范圍從低于自腐蝕電位0. 25 V到腐蝕電流密度迅速增加。數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)采集后，利用Cview 2軟件擬合，獲得相應(yīng)的自腐蝕電位及自腐蝕電流密度等電化學(xué)參數(shù)。   

電位-時(shí)間曲線測量采樣頻率為1 point/10 s，共采集1 000 s。

交流阻抗測試，電位幅值為5 mV，頻率范圍為100 kHz～5 MHz。數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)采集后利用 Zview 2軟件擬合，獲得相應(yīng)的電化學(xué)參數(shù)。

1.5表面形貌觀察和成分分析

采用環(huán)境掃描電鏡(ESEM XL30 FEG)觀察鈍化膜表面形貌；用掃描電鏡配套的能譜儀進(jìn)行鈍化膜的元素成分分析(EDX)。

2  結(jié)果與討論

2.1  動(dòng)電位極化曲線

在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中，分別測量鉬酸鹽鈍化膜和熱鍍鋅鋼板的動(dòng)電位極化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。由圖1可知：相對(duì)于熱鍍鋅鋼板的自腐蝕電位而言，鉬酸鹽鈍化膜的自腐蝕電位大幅度提高，由大約-980 mV正移至-600 mV，表明鉬酸鹽鈍化膜對(duì)鍍鋅層的電化學(xué)腐蝕具有抑制作用；另外，鉬酸鹽鈍化膜極化曲線陽極區(qū)呈現(xiàn)出鈍化特征，而熱鍍鋅鋼板的陽極區(qū)則呈現(xiàn)活性溶解狀態(tài)，表明鈍化處理使腐蝕速率降低，自腐蝕電流密度減小，即：該鈍化膜有較好的耐蝕性能。