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      鍍錫鋼板無鉻鈍化工藝的研究現(xiàn)狀

      2014-03-24 13:52:19張慶芳余琴素王雙恩孟冬梅
      電鍍與環(huán)保 2014年4期
      關(guān)鍵詞:鉻酸鹽鍍錫鉬酸

      張慶芳, 高 虹, 余琴素, 王雙恩, 孟冬梅

      (1.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110159;2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司,遼寧 沈陽 110869)

      鍍錫鋼板無鉻鈍化工藝的研究現(xiàn)狀

      張慶芳1, 高 虹1, 余琴素1, 王雙恩1, 孟冬梅2

      (1.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110159;2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司,遼寧 沈陽 110869)

      介紹了鍍錫鋼板無鉻鈍化的研究現(xiàn)狀,并闡述了現(xiàn)有鈍化方法的優(yōu)缺點(diǎn)。常見的無鉻鈍化方法有無機(jī)鈍化、有機(jī)鈍化和無機(jī)-有機(jī)復(fù)合鈍化。對常用的鈍化方法及其未來的發(fā)展趨勢做了進(jìn)一步的闡述。

      鍍錫鋼板;無鉻鈍化;鈍化處理

      0 前言

      金屬錫的耐蝕性好,可作為廉價(jià)的保護(hù)性鍍層[1]。鍍錫鋼板是兩面鍍有純錫的冷軋低碳薄鋼板或鋼帶,其耐蝕性好[2]。

      為了提高鍍錫鋼板的抗氧化性、耐蝕性、抗硫化變黑性[3],需要對其進(jìn)行鈍化處理。鉻酸鹽鈍化因具有成本低廉、鈍化液穩(wěn)定、工藝簡單、適用范圍廣及鈍化膜性能好[4-5]等諸多優(yōu)點(diǎn),成為現(xiàn)今最常用的鈍化處理方法。但是,六價(jià)鉻屬于高毒性致癌物質(zhì),且污染環(huán)境。隨著世界各國對鍍錫鋼板無鉻鈍化工藝研究的逐步深入[6-8],尋找其他替代鉻酸鹽鈍化的方法已經(jīng)成為一種趨勢。常見的無鉻鈍化方法根據(jù)鈍化液成分可分為無機(jī)鈍化、有機(jī)鈍化和無機(jī)-有機(jī)復(fù)合鈍化等[9-10]。

      1 無機(jī)鈍化

      1.1 鉬酸鹽鈍化

      鉬元素與鉻元素同屬于第VI副族,其含氧化合物的性質(zhì)與鉻酸鹽的相似[11]。因此,鉬酸銨和鉬酸鈉等常用鉬酸鹽成為了人們在進(jìn)行金屬表面鈍化過程中取代有毒鉻酸鹽的首選物質(zhì)[12]。Bijimi D等[13-15]分別研究了鍍錫鋼板表面鉻酸鹽、鉬酸鹽和鎢酸鹽鈍化膜的耐蝕性。結(jié)果表明:鉻酸鹽鈍化膜的耐蝕性最好,鉬酸鹽也能形成耐蝕性良好的鈍化膜。Wilcox G D等[16-17]的研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)鈍化液中鉬酸鈉的質(zhì)量濃度為1~10g/L時(shí),鍍錫鋼板表面所形成的鉬酸鹽鈍化膜的防護(hù)性能接近鉻酸鹽鈍化膜的。鉬酸鹽鈍化膜的表面不夠光滑且有明顯的裂紋,在腐蝕后裂紋更加明顯。這就決定了鉬酸鹽未必是取代鉻酸鹽的最佳物質(zhì)。因此,還需要研究如何提高鉬酸鹽鈍化膜的耐蝕性,使其達(dá)到或超過鉻酸鹽鈍化膜的。

      1.2 磷酸鹽鈍化

      磷化處理能夠明顯提高金屬材料的耐蝕性和涂層附著力,加之磷元素?zé)o毒且對環(huán)境無污染,故有人采用磷酸鹽替代鉻酸鹽對鍍錫鋼板表面進(jìn)行處理。日本JFE公司用磷酸鹽-硅烷處理鍍錫鋼板,在鍍錫層表面生成了一種覆蓋均勻的鐵(鎳)-錫合金層,使鍍錫層擁有良好的耐蝕性[18]。柳長福等[19]配制了一種磷酸鹽鈍化液,其配方為:磷酸三鈉20~30 g/L,氯化鈷0.1~5.0g/L,磷酸20~75g/L,其余為水,pH值3~5。將該工藝得到的鈍化鍍錫鋼板試樣與鉻酸鹽鈍化的試樣一起進(jìn)行抗氧化性能和涂層附著性能檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn):兩者達(dá)到了相同的水平。盡管磷酸鹽鈍化所形成的膜層厚、耐蝕性好,但是其工藝復(fù)雜、能耗大、成本高。

      1.3 稀土金屬鹽及其他鹽鈍化

      Huang X Q等[20]在硝酸鈰溶液中對鍍錫鋼板進(jìn)行陰極鈍化處理。與經(jīng)鉻酸鹽處理的鍍錫鋼板相比,其耐蝕性很高。但由于稀土金屬的價(jià)格比較高,尚未得到廣泛使用。Cowieson D R等[21]用鎢酸鹽鈍化鋅-錫合金鍍層,并對鈍化處理后的鋼板進(jìn)行耐蝕性和抗?jié)駸嵝詸z測。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):其耐蝕性還不如鉬酸鹽鈍化的,而且鈍化膜不具有自修復(fù)功能。

      2 有機(jī)鈍化

      2.1 植酸鈍化

      植酸的分子式為C5H18O24P6,每個(gè)分子中含有能同金屬配合的24個(gè)氧原子。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明:植酸是一種非常稀有的金屬螯合劑。植酸在金屬表面同金屬配位時(shí),所形成的配合物在合適的pH值范圍內(nèi)具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性[22],容易形成一層致密的單分子有機(jī)保護(hù)膜,能有效地阻止氧氣等進(jìn)入金屬表面,從而抑制金屬的腐蝕。利用植酸的上述優(yōu)良特性,能在金屬表面防護(hù)處理和無鉻鈍化等工藝中取得較好的效果。有人將鍍錫鋼板置于植酸體系中鈍化,鍍錫鋼板的耐蝕性明顯提高,有效防止了鍍錫鋼板在存放過程中氧化發(fā)黃的問題,而且環(huán)保無污染,但到目前為止鈍化效果并不如鉻酸鹽的。

      2.2 單寧酸鈍化

      單寧酸屬于典型的葡萄糖酰基化合物[23-24]。其多酚羥基的結(jié)構(gòu)賦予它一系列獨(dú)特的生理活性和化學(xué)特性,如能與多種金屬離子發(fā)生配位和靜電作用,具有還原性和捕捉自由基的活性等。故有人將單寧酸用于緩蝕劑或制備鋼板轉(zhuǎn)化膜。閆捷等[25]將鈦酸鹽、氧氯化鋯等輔助成分分別加到單寧酸體系中制備無鉻鈍化液,對鍍層鋼板進(jìn)行鈍化處理,獲得了致密均勻的鈍化膜,且其耐蝕性得到了顯著提高。

      由于無機(jī)鈍化和有機(jī)鈍化的效果尚不及鉻酸鹽鈍化的,近期越來越多的研究者開始進(jìn)行無機(jī)-有機(jī)復(fù)合鈍化[26-28]方面的研究,并取得了一些成果。

      3 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合鈍化

      3.1 植酸與磷酸鹽、鉬酸鹽等的復(fù)合鈍化

      文獻(xiàn)[29]中介紹了一種向磷酸鹽中加入植酸鹽的無鉻鈍化工藝。鈍化液的配方為:磷酸0.5~10.0g/L,植酸或植酸鹽0.2~2.0g/L,氯化鈣,氧化物,氯化鈉等。對處理后的鍍錫鋼板做耐蝕性測試,發(fā)現(xiàn)處理后的鍍錫鋼板的耐蝕性優(yōu)于鉻酸鹽鈍化的。

      杜艷娜[30]研究了鉬酸鹽+植酸體系的陰極鈍化處理工藝。鉬酸鹽鈍化液的組成為:鉬酸鹽20~30g/L,植酸5~8g/L,pH值3.5~5.0,0.5~2.0 mA/cm2,30~50℃,30~60s。該工藝處理后的鍍錫層的抗黑斑能力和耐蝕性顯著提高,且鈍化液的穩(wěn)定性好、使用壽命長。

      3.2 硅烷偶聯(lián)劑

      重國智文等[31]研究了含有機(jī)硅烷偶合劑和磷的無鉻鈍化液。鍍錫鋼板經(jīng)該鈍化液處理后,其上形成了一層含磷和硅的薄膜,不僅提高了鍍錫鋼板的抗氧化發(fā)黃性能,還提高了其與涂料的相容性,顯示出更優(yōu)良的涂料密合性。

      徐麗萍等[32]以磷酸鹽、氟鈦酸鹽作鈍化劑,以硅烷偶聯(lián)劑為主成膜物質(zhì),以NH4VO3和Na2MoO4作緩蝕劑,一步鈍化制備了無機(jī)-有機(jī)硅烷復(fù)合鈍化膜,并做了各種性能檢測。實(shí)驗(yàn)證明:無機(jī)-有機(jī)硅烷復(fù)合鈍化膜在鍍層表面起到了物理和化學(xué)的屏蔽作用,增強(qiáng)了鍍層鋼板的耐蝕性,耐蝕性接近鉻酸鹽鈍化膜的。

      4 結(jié)束語

      近年來,隨著環(huán)境污染及能源短缺等問題日益突出,采取環(huán)保型的無鉻鈍化處理取代含鉻鈍化處理勢在必行。雖然文獻(xiàn)報(bào)道了很多的無鉻鈍化工藝,部分性能已經(jīng)接近鉻酸鹽鈍化的,甚至超過鉻酸鹽鈍化的,但從綜合性能看,目前還沒有一種無鉻鈍化能完全替代鉻酸鹽鈍化。在現(xiàn)有的鉬酸鹽、磷酸鹽等無機(jī)鹽和植酸鹽等有機(jī)鹽無鉻鈍化體系的基礎(chǔ)上,急需開發(fā)一種方法更簡單,膜層性能更優(yōu)異的鈍化體系。其中無機(jī)鹽和有機(jī)鹽的協(xié)同作用有望成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn),尤其在磷酸鹽鈍化和鉬酸鹽鈍化等方面的改進(jìn)會使鈍化處理更為節(jié)能、無污染。

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      Research Status of Chromium-Free Passivation Technology for Tinplate

      ZHANG Qing-fang1, GAO Hong1, YU Qin-su1, WANG Shuang-en1, MENG Dong-mei2
      (1.School of Environmental and Chemical Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China;2.Shenyang Blower Works Group Corporation,Shenyang 110869,China)

      The research status of chromium-free passivation technology for tinplate is described,and the advantages and disadvantages of the existing passivation methods are presented.The common chromiumfree passivation methods include inorganic,organic and inorganic-organic compound passivation.The common passivation methods and their future development trends are further expatiated.

      tinplate;chromium-free passivation;passivation treatment

      TG 174

      A

      1000-4742(2014)04-0008-03

      2013-04-21

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