熱浸鋅鋼板無鉻鈍化工藝的研究

張月秀， 邵忠財， 周倩倩， 劉海青

（沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧沈陽110159）

·化學轉(zhuǎn)化膜·

熱浸鋅鋼板無鉻鈍化工藝的研究

張月秀， 邵忠財， 周倩倩， 劉海青

（沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧沈陽110159）

研究了熱浸鋅鋼板的硅酸鹽體系無鉻鈍化工藝。通過硫酸銅點滴試驗及電化學工作站測試鈍化膜的耐蝕性。結(jié)果表明：在p H=12、θ=70℃，t=15 min的條件下所得鈍化膜的耐蝕性較好。

熱浸鋅鋼板；無鉻鈍化；硅酸鹽體系；耐蝕性

0 前言

鍍鋅是一種應(yīng)用廣泛的金屬防腐蝕方法［1］。然而，鍍鋅層在多種環(huán)境下容易被腐蝕，嚴重影響了產(chǎn)品的外觀及耐蝕性。目前最好的耐腐蝕鈍化是鉻酸鹽鈍化［2］。但由于六價鉻具有毒性且污染環(huán)境，尋找一種代鉻鈍化方式已迫在眉睫［3-6］。本文著重研究了硅酸鹽體系鈍化工藝。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料為熱浸鋅鋼板，其尺寸為50 mm× 50 mm×3 mm。

1.2 工藝流程

樣品→ 砂 紙打磨→ 蒸 餾水→洗 堿洗→蒸餾水洗→ 酸 洗→ 蒸餾 水洗→ 助 鍍→ 鍍鋅→水冷→ 鈍 化→ 吹 干→ 檢測

1.3 主要工序說明

（1）堿洗

Na2CO35～10 g／L，Na3PO415 g／L，NaOH 15 g／L，60～70℃，30 s。

（2）酸洗

H3PO4100 m L／L，室溫，40 s。

（3）助鍍

NH4Cl 250 g／L，ZnCl2200 g／L，p H值4～5，50～60℃。

（4）硅酸鹽鈍化

Na2SiO34 g／L，Na2WO410 g／L，KCl O44 g／L，KMn O42 g／L。

（5）含鉻鈍化

Cr O35 g／L，H2SO40.3 m L／L，CH3COOH 5 m L／L，HNO33 m L／L，p H值0.8～1.3，室溫，20 s。

對TDI=(tdiny)N×N進行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化綜合影響矩陣NTDI=(ntdiny)N×N，其中

1.4 性能檢測

（1）硫酸銅點滴試驗

室溫下，將5%的硫酸銅溶液滴在試樣表面，觀察顏色變化所需的時間。

（2）電化學測試

電化學測試采用三電極體系，以試樣為工作電極，以鉑片為輔助電極，以飽和甘汞電極（SCE）為參比電極。測試面積為1 cm2，測試所用介質(zhì)為5%的NaCl溶液，測試溫度為室溫。采用線性掃描法測量塔菲爾曲線，掃描速率為0.01 m V／s，工作電極浸入測試介質(zhì)后待體系穩(wěn)定15 min后開始測試；電化學阻抗譜測量的頻率范圍為10-2～10-5Hz，交流激勵信號為10 m V。

（3）鈍化膜的形貌

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸銅點滴試驗

硅酸鹽體系鈍化后得到灰色或黑色的鈍化膜。由于鈍化液中含有KMnO4和KClO4兩種強氧化劑，所以鈍化效果及膜層的耐蝕性較好。但是溶液的分散性不好，導(dǎo)致膜層在低溫時均勻性較差，邊攪拌邊鈍化可緩解這一情況。硅酸鹽體系硫酸銅點滴試驗結(jié)果，如表1所示。

由表1可知：70℃時所得鈍化膜的耐蝕性比50℃時所得鈍化膜的好；強堿性鈍化液中所得鈍化膜的耐蝕性比酸性鈍化液中所得鈍化膜的好。這說明硅酸鹽體系在70℃、強堿性條件下的鈍化效果較好。當鈍化液中不添加KMnO4時，鈍化膜不能生成，說明KMnO4是成膜所必需的成分。當KMnO4的質(zhì)量濃度小于2 g／L時，所得鈍化膜的耐蝕性比相同條件下的原鈍化膜的差，說明KMnO4是主要的緩蝕劑。

2.2 塔菲爾曲線

圖1和表2分別為硅酸鹽體系的塔菲爾曲線及其擬合參數(shù)。

由圖1和表2可知：經(jīng)硅酸鹽體系鈍化處理后的試片的自腐蝕電位較正，自腐蝕電流密度較低，說明硅酸鹽鈍化能明顯提高鍍鋅板的耐蝕性；在p H值為4.7的條件下，70℃時所得鈍化膜的耐蝕性比50℃時所得鈍化膜的好；溫度相同時，堿性鈍化液中所得鈍化膜的耐蝕性比酸性鈍化液中所得鈍化膜的好。另外，曲線III與曲線Ⅴ幾乎重合，此時硅酸鹽鈍化膜與鉻酸鹽鈍化膜的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度幾乎相同，說明此時硅酸鹽體系鈍化膜的耐蝕性與鉻酸鹽體系鈍化膜的相當。而曲線IV比曲線Ⅴ的自腐蝕電位更正，自腐蝕電流密度更低。這說明在θ=70℃、p H=12.0的條件下所得鈍化膜的耐蝕性比鉻酸鹽體系鈍化膜的強。

2.3 交流阻抗曲線

圖2為硅酸鹽體系的交流阻抗曲線。

由圖2可知：經(jīng)過硅酸鹽體系鈍化處理后的試片的圓弧半徑明顯比空白片（未經(jīng)鈍化的鍍鋅片）的大，說明硅酸鹽鈍化處理能明顯提高鍍鋅層的耐蝕性；p H值相同時，溫度為70℃時所得鈍化膜的耐蝕性較好；溫度相同時，堿性鈍化液中所得鈍化膜的耐蝕性明顯比酸性鈍化液中所得鈍化膜的好。硅酸鹽體系在θ=70℃、p H=4.7時已經(jīng)接近鉻酸鹽鈍化的，而在θ=70℃、p H=12.0時的耐蝕性強于鉻酸鹽鈍化的。

2.4 鈍化體系掃描電鏡分析

圖3為空白試片和硅酸鹽體系鈍化片的SEM圖。由圖3可知：空白試片表面存在大量裂縫，這是其耐蝕性差的主要原因；硅酸鹽體系鈍化膜層均勻、平整，裂縫覆蓋完全，說明其耐蝕性較好，但是還有一些微孔缺陷。

3 結(jié)論

熱鍍鋅層經(jīng)硅酸鹽體系鈍化后得到灰黑色鈍化膜，其耐蝕性較強。在p H=12.0、θ=70℃、t=15 min的條件下所得鈍化膜的耐蝕性較好，對于取代鉻酸鹽鈍化有著重要意義。

［1］ 徐斌，滿瑞林，倪網(wǎng)東，等.鍍鋅鋼板表面硅烷、鈰鹽復(fù)合膜的制備及耐腐蝕性能研究［J］.涂料工業(yè)，2007，37（12）：46-50.

［2］ 劉立炳，孫賀民，趙常就，等.高耐蝕鍍鋅鈍化膜的耐蝕機理分析［J］.表面技術(shù)，1999，28（5）：13-16.

［3］ 馮強.鋼鐵及鋼鐵鍍鋅表面無鉻鈍化處理技術(shù)研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2008.

［4］ 張景雙，安茂忠，楊哲龍，等.電鍍鋅及鋅合金鍍層鈍化處理的應(yīng)用與發(fā)展［J］.材料保護，1999，32（3）：14-16.

［5］ 盧錦堂，宋進兵，陳錦虹，等.無鉻鈍化的研究進展［J］.材料保護，1999，32（3）：24-26.

［6］ 孔綱，黃偉，林德鑫，等.硅酸鈉預(yù)處理對鍍鋅層稀土鑭鹽轉(zhuǎn)化膜耐蝕性的影響［J］.電鍍與涂飾，2011，30（11）：38-40.

Research on Chromium-Free Passivation Technology for Hot-Dip Galvanized Steel Sheet

ZHANG Yue-xiu， SHAO Zhong-cai， ZHOU Qian-qian， LIU hai-qing
（School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China）

Chromium-free passivation technology for hot-dip galvanized steel sheet in silicate system was studied.The corrosion resistance of the passivation films were tested by copper sulfate dripping experiment and electrochemical workstation.Results showed that the passivation films obtained under the conditions of p H value 12.0，temperature 70℃and passivation time 15 min has better corrosion resistance.

hot-dip galvanized steel sheet；chromium-free passivation；silicate system；corrosion resistance

TG 174 文獻標志碼：A 文章編號：1000-4742（2015）06-0024-03

2013-12-20