镀锌钢板表面磷化膜的制备与性能研究

发布时间：2020-04-05 10:10

【摘要】：镀锌钢板的磷化处理相对钢铁材料而言,应用的时间较短,其主要目的是用作涂装打底以及表面的润滑。近年来,镀锌钢板被大量地应用于汽车生产与家用产品的制造上,其表面磷化处理的类型属于薄膜型,主要是用作增强有机涂层与镀锌钢板基体间的结合力与防护性,以满足现代生产对其涂装的要求。21世纪倡导节能与环保,而传统的高、中温锌系磷化能耗高,所以低温锌系磷化成为当前研究的重点。本论文讨论了镀锌钢板低温锌系磷化液的主要组成成分及其对磷化膜膜层耐腐蚀性能的影响,运用正交试验的方法确定了磷化液各成分的最佳配比,并研究了三种促进剂和纳米颗粒TiO_2对膜层的表面形貌及耐腐蚀性能的影响。通过金相显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、开路电位-时间曲线、极化曲线、电化学阻抗、膜重-时间变化曲线、百格实验、盐水浸泡实验、硫酸铜点滴实验对镀锌钢板基体表面膜层的生长过程以及性能进行表征与分析。本论文研究的主要内容和实验结果如下:1.以磷化膜的膜重与耐硫酸铜点滴实验的时间为指标,通过正交试验确定磷化液的最优配方为:磷酸二氢锌60 g/L,硝酸锌80 g/L,氟化钠4 g/L,氧化锌6 g/L。磷化工艺条件为:游离酸度2.6,总酸度48.6,酸比18.7,磷化温度35±1℃,磷化时间5min。2.根据开路电位-时间曲线及其表面形貌分析,将镀锌钢板的磷化过程分为三个阶段。阶段1:金属基体发生溶解导致电位显著正移,磷化膜开始形成;阶段2:发生去极化反应,加快了膜层的生长及结晶化;阶段3:电位缓慢正移最终趋于一稳定值,膜层晶体连续完整呈片状堆积。百格实验及盐水浸泡实验结果表明磷化后膜层与有机涂层间的结合力增大,附着性增强,提高了其耐腐蚀性能。3.磷化促进剂硫酸羟胺、氯酸钠、亚硝酸钠的添加提升了磷化膜的耐腐蚀性能,当其添加量分别为4 g/L、1.5 g/L、2 g/L时膜层耐腐蚀性能均为最优。新型促进剂硫酸羟胺、氯酸钠与传统型促进剂亚硝酸钠促进作用相当,电化学测试、表面形貌分析、成分分析及硫酸铜点滴实验得出一致结论:膜层耐腐蚀性能硫酸羟胺氯酸钠亚硝酸钠。4.纳米TiO_2的添加不仅降低了膜层中磷酸盐晶体的尺寸与膜层孔隙率,还提高了磷化反应速度,在磷化反应中充当了成核剂和加速剂。纳米TiO_2的添加使得磷化膜层变得更厚、更致密,从而提高了膜层的耐腐蚀性能。
【图文】：

原理图,磷化过程,原理图,试片

棉蘸取乙醇对磷化后的试片表面进行擦拭，待溶剂挥发后液，在室温下观察记录试片表面由蓝色变为红色的时间，，实验中需测定三组平行试样，取其平均值。测试试所用设备为 CHI660D 电化学工作站，采用三电极体系对间曲线、极化曲线及阻抗（EIS）曲线进行测定[60,61]。饱和电极为辅助电极，工作电极为磷化后的试片，试片工作面积10 mm），，非工作面用环氧树脂胶封，图 2-1 为测定开路电位图。极化曲线与阻抗测试所用的电解溶液为 3.5%的氯化钠率为 5 mV/s，扫描范围为-1.7～0.5 V。电化学阻抗测量需先浸在 3.5%氯化钠溶液中待开路电位稳定后再进行测试，扫描振幅为 5 mV/s。

金相图像,镀锌钢板,磷化,基体

(a) (b)图 3-2 镀锌钢板基体及磷化 5 min 后的金相图像Fig 3-2 Metallographic images of the galvanized steel substrate(a) and 5 minafter immersion in the phosphating bath(b)3.6.2 SEM 图像根据图 3-1 中开路电位-时间曲线的阶段性，在每个阶段进行膜层的选取，将选取出来的膜层进行形貌观察，分析其生长过程，选取的时间为 1 s、2 s、6 s、60 s、18s、300 s。图 3-3 为不同磷化时间下膜层的表面形貌图，1 s 时镀锌钢板基体表面被叶状的薄晶体完全覆盖，最外层的晶体不断累积成较大的不连续晶体簇，磷化成膜速度快；2 时磷化膜底层晶体无明显晶界，晶体连续完整，外层晶体不断长大，数量不断增多；
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【相似文献】