有机膦高聚物在无铬钝化中的应用及性能研究

发布时间：2020-07-15 11:45

【摘要】：镀锌板被广泛应用于交通、建筑和家电等行业,但是在潮湿的环境中镀锌板容易发生腐蚀,为了提高镀锌板的耐蚀性能,经常用高价铬盐对镀锌板进行钝化,而高价铬元素对人体具有致癌性,并且对环境污染严重,因此被禁止使用。为了寻找环境友好型的钝化工艺,镀锌板的无铬钝化得到了人们的重视,现在研究的无铬钝化工艺主要包括磷酸盐钝化、硅酸盐钝化、钼酸盐钝化、植酸钝化和硅烷钝化。本文以镀锌板为钝化基材,研究了有机膦高聚物的钝化处理技术,钝化液的组分包括有机膦高聚物、有机硅烷KH560、氟锆酸和硫酸氧钒,其中有机硅烷KH560为成膜剂,氟锆酸和硫酸氧钒为缓蚀剂,有机膦高聚物既是成膜剂又是缓蚀剂。通过DOE正交试验得到了最优配方组合为:3.5%KH560、0.3%有机膦高聚物、0.2%H2ZrF6、0.005%VOSO4,最优工艺参数为:pH值为2.5,钝化温度60℃、钝化时间60s、固化温度150℃、固化时间90s,得到的钝化液静置24h以上后无沉淀出现。对镀锌板钝化后,研究了有机膦高聚物对钝化膜耐蚀性的影响,钝化液中的有机膦高聚物使镀锌板的耐蚀性能提高了 82%,腐蚀速率降低了19%,阻抗值提高了 0.6个数量级,镀锌板耐蚀性的提高主要是由于有机膦高聚物中的-PO(OH)2基团与锌层表面的Zn-OH经过脱水形成了共价键,吸附于锌层表面形成一层转化膜,另外-PO(OH)2中的酸性基团也可以通过缩聚进一步提高钝化膜的致密性,使锌层与外界的腐蚀介质相隔离。漆膜附着力提高了1个等级,说明了有机膦高聚物中丙烯酸基团的活性比较高与漆膜发生了反应,是使漆膜与锌层的结合力增加。经过EDS和XRD的测试发现,钝化膜中主要含有元素Zn、C、O、Si、Zr、F、P,经过ATR-FTIR测试,发现在钝化膜中存在-Si(OH)3、-CH3、-CH2等基团,并且硅烷与锌层形成了共价键Si-O-Zn,此外还有硅醇经过相互缩聚形成的Si-O-Si键,钝化膜中所含的元素表明有机膦高聚物能够与其他组分共同作用来提高钝化膜的耐蚀性能。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

形态图,形态图,硅烷,金属表面

１．５．２单宁酸钝化逡逑单宁酸，又被称为丹宁酸或者鞣酸，分子化学式为式为Ｃ７６Ｈ５２０４６，分子量达到逡逑１７００，其分子的结构式如图１．３所示。丹宁酸是由多元苯酚组成化合物，无毒，易逡逑溶于水，其水溶液成酸性。在钝化膜形成的过程中，单宁酸可以提供形成钝化膜所逡逑需的羟基和羧基。当用单宁酸对镀锌板进行钝化时，其羟基通过离子键的作用与锌逡逑层中的锌形成化合物，剩余的羟基以配位键的形式与锌层形成致密的吸附保护膜，逡逑进而提高锌层的耐蚀性能。逡逑ＨＯ邋ＯＨ逡逑ＨＯ邋ＯＨ逦ＨＯ邋Ｏ逦ＯＨ逡逑ＨＱＣｆＨ逡逑图＾单宁酸的分子结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔａｎｎｉｃ邋ａｃｉｄ逡逑梁启民等［７２１用单宁酸对镀锌层进行钝化，钝化液的组成为：单宁酸４０ｇ／Ｌ，逡逑ＨＮ０３５ｍｌ／Ｌ，添加剂２０ｇ／Ｌ；钝化时间为２０ｓ，钝化温度为６０°Ｃ，对镀锌板钝化完逡逑后，在３％的ＮａＣｌ溶液中进行浸泡，研宄其耐蚀性能，１６８ｈ时没有腐蚀出现。但在中逡逑性盐雾试验中，其耐蚀性不超过２４ｈ。Ｉｇｌｅｓｉａｓ丨等［７３］探讨了单宁酸和金属铁两者之间逡逑的相互作用

能谱图,能谱图,样品,稀硝酸

图２．３，比较活化前的ＥＤＳ能谱（ａ）、用０．６％（ｖ／ｖ）的逡逑稀硝酸火化后的ＥＤＳ能谱（ｂ）和用高于０．６％（ｖ／ｖ）的浓度的稀硝酸活化的ＥＤＳ能逡逑谱，可知三者的镀锌层表面主要有Ｃ、０、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ五种元素

工艺流程图,镀锌板,盐雾箱,金属覆盖层

ｒ逡逑耐蚀性翻试＾逡逑图２．４钝化实验工艺流程图逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑２．４钝化膜的性能测试逡逑２．４．１中性盐雾试验逡逑在镀锌板钝化完成后，用胶带封住镀锌板的边缘以及镀锌板反面，根据国家标逡逑准ＧＢ／Ｔ１０１２５－１９９７金属覆盖层盐雾腐蚀实验方法，对镀锌板进行中性盐雾（ＮＳＳ）逡逑试验测试，采用的盐雾试验箱的型号是ＫＬＳＰ－１００。用去离子水和ＮａＣｌ邋（分析纯）配逡逑制Ｓ％ＮａＣｌ腐蚀溶液，溶液的ｐＨ值为６．５￣７．２之间，盐雾箱内的温度保持在３Ｓ±２°Ｃ，逡逑盐雾箱内盐雾的沉降量保持在１．５±０．５邋ｍｌ／８０ｃｎ＾ｈ。镀锌板在盐雾箱内放置时应与竖逡逑直方向保持１５°￣３０°的角度。然后以连续喷雾２４ｈ为一周期，对镀锌板的腐蚀情况进逡逑行记录和拍照。逡逑２．４．２电化学阻抗（ＥＩＳ）测试逡逑金属的腐蚀性能可以用电化学阻抗来研究，其研究原理是让小幅度的正弦交流逡逑信号对电极系统进行扰动，在系统发生响应时测量对应频率下的阻抗，因为外部施逡逑加的扰动信号比较小

【相似文献】