铜及铜合金无铬钝化工艺及耐蚀性能研究

发布时间：2020-04-04 21:33

【摘要】：铜及铜合金因其优异的导电性、导热性、抗寒性、耐蚀性和良好的可塑性,同时还具有与其他元素的亲和性、溶解性、化合性以及良好的稳定性等,广泛应用在机械仪表、电子元器件、化学工业、交通行业、新能源、信息通讯等领域。随着工业技术的发展,铜及铜合金应用领域不断扩大,但其在一些特殊环境下会发生明显的腐蚀,而目前工业中常用的铬酸盐钝化对人体健康和生态环境都会造成很严重的影响。因此,推广铜及铜合金的无铬钝化就有了很重要的现实意义和经济价值。本文采用化学浸泡法对T2铜和QCr0.5铬青铜,以不同的钝化配方,在不同的钝化工艺参数下进行处理,然后通过宏观形貌观察,硝酸点滴实验,盐水浸泡实验,X射线衍射分析(XRD),X射线光电子能谱分析(XPS),扫描电镜,盐雾实验,电化学实验等研究其表面形貌,相组成,结合形式,耐蚀性等,最后对铜及铜合金的无铬钝化过程和机理进行分析讨论。研究结果有:1.T2铜采用4g/L TTA、4g/L BTA、20mL/L H2O2的无铬钝化配方,控制钝化液PH为4,在40℃下钝化1min,利用吹风机烘干20s后于自然环境下老化24h后,在T2铜的表面生成了一层20μm,主要由BTA,TTA以及CuO和Cu2O构成、较为致密基本覆盖铜基体的铜本色钝化膜,自腐蚀电流密度由未钝化的8.6475 · 10-6A·cm2降至1.5660 · 10-6A·cm2,缓蚀率达到81.9%。2.铬青铜的无铬钝化配方由8g/L TTA、2g/L磺基水杨酸、50ml/L H2O2组成,钝化时,控制钝化液的PH为6,钝化温度20℃,钝化时间3min,利用吹风机烘干20s后于自然环境下老化24h,在基体表面生成一层厚度约为15μm,主要由吸附TTA,CuO,Cu2O以及磺基水杨酸合铜配合物复合构成,较为致密的铜本色钝化膜,自腐蚀电流密度由未钝化试样的 6.5874 · 10-8A·cm2降至 7.0929 · 10-9A·cm2,缓蚀率达到 89.23%。3.本次实验无铬钝化的主要机理是吸附膜与氧化膜复合成膜,其钝化过程包括(1)铜基体的氧化溶解,生成CuO和Cu2O;(2)BTA及其衍生物的吸附,BTA和TTA与Cu原子和一价铜离子生成Cu-BTA(TTA)和Cu(Ⅰ)-BTA(TTA)聚合物;(3)吸附膜的自稳定过程,聚合物膜在自身结构作用下发生慢组重排,达到最稳定状态,与此同时,CuO和Cu2O颗粒填补钝化膜孔隙,从而形成致密钝化膜。
【图文】：

图 3-1 纯铜试样经不同工艺钝化处理后的表面宏观形貌(a)仅打磨 (b)打磨酸洗 (c)铬酸盐 (d)钼酸盐+BTA(e)钼酸盐+植酸(f)钼酸盐+柠檬酸 (g)硅酸盐+硫脲 (h)硅酸盐+单宁酸 (i)硅酸盐+钼酸盐 (j)TTA+尿素(k)TTA+磺基水杨酸 (l)TTA+BTA(m)硝酸镧+钼酸盐 (n)硝酸镧+BTA(o)硝酸镧+柠檬Figure 3-1 The macroscopic morphology of the surface after passivationof pure copper samp(a) polished (b) polished and pickled (c) chromate (d) molybdate+BTA(e) molybdate+phyticlybdate+Citric Acid (g) Silicate+Thiourea (h) Silicate+Tannic Acid (i) Silicate+Molybdate (j)A+sulfosalicylic acid (l) TTA+BTA(m) Lanthanum nitrate+molybdate (n) Lanthanum nitratLanthanum nitrate+Citric acid 不同钝化液组成钝化前后的硝酸点滴实验结果与分析酸点滴实验作为一种常见的简单检测材料表面耐蚀性的方法，在实验研究中用。在本次实验中，用常规气泡法进行评估时发现，在铜及铜合金表面进行泡产生迅速且细小，用其进行评估时误差较大，因此本次实验希望通过硝酸体表面的宏观形貌，来判别经不同工艺后的钝化膜耐蚀性。为了更为准确的腐蚀程度的不同等级，通过两组实验对纯铜试样进行腐蚀，从而作为评判标硝酸浓度为硝酸与水体积比为 5：10，对纯铜试样进行不同时间的腐蚀，腐

图 3-2 纯铜试样经不同时间硝酸腐蚀后的表面宏观形貌(a)3s (b)5s (c)10s (d)20s (e)30s (f)50se 3-2 The macroscopic surface morphology of pure copper sample after nitric acid corrosion atimes一组实验，对纯铜试样在确定腐蚀时间为 10s 的条件下，进行不同浓度硝酸定不同的腐蚀程度下铜基体表面的宏观形貌，实验结果如图 3-3 所示。从图，当硝酸与水体积比为 1:10 时，腐蚀后，腐蚀位置颜色极淡，腐蚀程度低的增加，液滴腐蚀痕迹越来越深，当硝酸与水体积比为 7:10 时，，液滴痕迹而显示泛白色，推测是因为当硝酸的浓度足够高时，即腐蚀程度达到一定程与铜基体发生与腐蚀程度较低时不同的反应，表面不再生成黑色氧化物，而化膜或钝化膜破坏，现出白色基体，与周围衬度较大，产生另一类腐蚀。综以将硝酸点滴腐蚀表面宏观形貌随腐蚀程度增大的变化可以分为三个阶段：滴处无明显变色或变色不明显，腐蚀程度较低。第二个阶段，液滴位置变色与周边颜色差距较大。第三个阶段，液滴位置呈暗白色，液滴周边有黑色边较大。(a)(b)(c)
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178

【参考文献】

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本文编号：2614099