锌镀层钼酸盐-氟盐金色钝化膜性能及形成过程的研究
发布时间：2021-06-07 19:03
为给钼酸盐钝化工业化生产提供理论指导,采用钼酸盐作为主成膜剂对镀锌低碳钢进行钝化处理,探讨不同组分对钝化效果的影响以及最佳工艺钝化膜的形成过程。利用硫酸铜点滴试验和电化学分析,探讨钝化膜的耐腐蚀性能;通过SEM/EDS对比分析,得到不同工艺钝化膜的微观形貌及表面元素特征。结果表明:最佳钝化液工艺配方为20 g/L Na2MoO4、5 g/L NaNO3、5 g/L KF;F-作为活性剂活化锌,促进显色反应的进行,最终使钝化膜外观呈金色;最后推出了最佳工艺下钝化膜的形成过程:钝化液中的F-活化了镀层中的锌使其形成Zn2+,随后Zn2+、Fe3+、MoO<sup>2-4、OH-、H+相互反应形成了H2MoO4·H2O、Zn MoO4、Fe（OH）
【文章来源】：材料保护. 2020,53(09)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
试样1,3,5的钝化膜Tafel曲线
图3为各组试样的SEM形貌，方框区域为EDS测试时的电镜扫描区域。由图3可以看出，试样1,2,3,4的表面上都存在较多的孔洞以及表面分布不均匀等缺陷，说明钝化效果较差，而试样5表面则最为平整光滑、致密，说明试样5的钝化效果较好。各试样的EDS分析结果见表6，可见，所有试样的表面皆不存在F元素，说明钝化膜上不含F，试样表面主要含O、Fe、Zn、Mo 4种元素。试验钝化使用的镀锌层厚度约为11μm，钝化膜厚度为0.2～0.6μm，而EDS信号是来自试样表面起约1μm深度材料的，故EDS信号大多来自转化膜下面的锌层，在EDS分析结果中Zn约占90%。通过EDS表面元素分析可知，试样4表面Zn元素含量比试样5的高出2.49%，结合前面试验结果分析得出:F-作为活性剂促进Zn2+的形成，进一步使得Zn2+与钼酸盐作用形成膜，但并没有直接参与膜的形成;另外，所有试样中除Zn元素和O元素外，试样3,5上的Mo元素含量远高于试样1,2,4的，说明形成金色钝化膜中的主要元素为Mo元素。综合分析认为金色钝化膜的成分应该为含钼化合物和含铁化合物。2.4 成膜过程
结合前面的分析测试，推测出钝化膜形成过程(见图4):(1)锌层与溶液接触会有少量的锌及铁溶解到溶液中，并向溶液中扩散，溶液中Mo O42-向镀层方向扩散。(2)在反应界面主要存在Fe3+、Zn2+、Mo O42-、F-、NO3-等离子，这些离子在反应界面相互吸引。(3) Zn2+与Mo O42-相遇并结合形成Zn Mo O4，部分Zn2+会发生水解形成Zn (OH)2,Mo O42-与溶液中的水反应形成H2Mo O4·H2O,Fe3+与溶液中的水作用形成Fe(OH)3胶体，同时溶液中的F-向镀层迁移并吸附与H+作用使得Zn活化成Zn2+。随着反应时间的推移，在镀层表面逐渐汇集、吸附，其中Zn(OH)2构成了钝化膜的骨架，Zn Mo O4、H2Mo O4·H2O、Fe (OH)3填充在骨架的空隙处。(4)上述过程的连续进行，在反应界面处溶液相关物质减少从而形成浓度差，浓度差的存在使溶液中的离子在反应界面处富集，继续发生反应。随着反应的不断进行，镀层表面的不溶物逐渐积累，在锌层形成一层不溶性保护层，直到保护层达到一定厚度，形成的黄色不溶物不再沉积，最终形成稳定的钝化膜。具体反应方程式如下:在成膜过程中，F-并没有直接参与钝化膜物质的形成，但是缺乏其中任一种离子，都会对成膜过程造成很大的影响。其中，F-直接影响膜的形成，试样5与试样4作对比可得出此结论，其中F-在钝化膜形成前期起到活化镀层作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镀锌钢板钼酸盐钝化膜防腐蚀性能研究[J]. 田丰,赵婧,邱龙时,潘晓龙. 世界有色金属. 2019(15)
[2]电镀锌板钼酸盐体系钝化膜的制备和腐蚀性能研究[J]. 李敏,范欣,李萍,王彬. 热加工工艺. 2017(18)
[3]具有改进耐腐蚀性能的新锆合金制备和验证[J]. 曾奇锋,陈磊,卢俊强,刘家正. 动力工程学报. 2016(04)
[4]镀锌层无机物与有机物复合无铬钝化研究进展[J]. 王雷,刘常升,安成强. 电镀与精饰. 2011(03)
[5]镀锌层钼酸盐转化膜在NaCl溶液中的腐蚀行为[J]. 刘艳荣,周婉秋,武士威,施耀萍. 电镀与精饰. 2010(12)
[6]锌表面混合稀土转化膜的阻抗研究[J]. 张英杰,郑帅,章江洪. 材料保护. 2010(05)
[7]镀锌层钼酸盐钝化工艺研究[J]. 牟世辉. 电镀与精饰. 2009(04)
[8]镀锌层硅酸盐钝化工艺研究[J]. 李广超. 电镀与精饰. 2007(02)
[9]镀锌层无铬钛盐的蓝色钝化[J]. 朱立群,杨飞,黄慧洁,丁楠. 江苏大学学报(自然科学版). 2007(02)
[10]不同添加剂对镀锌层钼酸盐钝化膜腐蚀电化学性能的影响[J]. 郝建军,安成强,刘常升. 材料保护. 2006(10)
本文编号：3217131
【文章来源】：材料保护. 2020,53(09)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
试样1,3,5的钝化膜Tafel曲线
图3为各组试样的SEM形貌，方框区域为EDS测试时的电镜扫描区域。由图3可以看出，试样1,2,3,4的表面上都存在较多的孔洞以及表面分布不均匀等缺陷，说明钝化效果较差，而试样5表面则最为平整光滑、致密，说明试样5的钝化效果较好。各试样的EDS分析结果见表6，可见，所有试样的表面皆不存在F元素，说明钝化膜上不含F，试样表面主要含O、Fe、Zn、Mo 4种元素。试验钝化使用的镀锌层厚度约为11μm，钝化膜厚度为0.2～0.6μm，而EDS信号是来自试样表面起约1μm深度材料的，故EDS信号大多来自转化膜下面的锌层，在EDS分析结果中Zn约占90%。通过EDS表面元素分析可知，试样4表面Zn元素含量比试样5的高出2.49%，结合前面试验结果分析得出:F-作为活性剂促进Zn2+的形成，进一步使得Zn2+与钼酸盐作用形成膜，但并没有直接参与膜的形成;另外，所有试样中除Zn元素和O元素外，试样3,5上的Mo元素含量远高于试样1,2,4的，说明形成金色钝化膜中的主要元素为Mo元素。综合分析认为金色钝化膜的成分应该为含钼化合物和含铁化合物。2.4 成膜过程
结合前面的分析测试，推测出钝化膜形成过程(见图4):(1)锌层与溶液接触会有少量的锌及铁溶解到溶液中，并向溶液中扩散，溶液中Mo O42-向镀层方向扩散。(2)在反应界面主要存在Fe3+、Zn2+、Mo O42-、F-、NO3-等离子，这些离子在反应界面相互吸引。(3) Zn2+与Mo O42-相遇并结合形成Zn Mo O4，部分Zn2+会发生水解形成Zn (OH)2,Mo O42-与溶液中的水反应形成H2Mo O4·H2O,Fe3+与溶液中的水作用形成Fe(OH)3胶体，同时溶液中的F-向镀层迁移并吸附与H+作用使得Zn活化成Zn2+。随着反应时间的推移，在镀层表面逐渐汇集、吸附，其中Zn(OH)2构成了钝化膜的骨架，Zn Mo O4、H2Mo O4·H2O、Fe (OH)3填充在骨架的空隙处。(4)上述过程的连续进行，在反应界面处溶液相关物质减少从而形成浓度差，浓度差的存在使溶液中的离子在反应界面处富集，继续发生反应。随着反应的不断进行，镀层表面的不溶物逐渐积累，在锌层形成一层不溶性保护层，直到保护层达到一定厚度，形成的黄色不溶物不再沉积，最终形成稳定的钝化膜。具体反应方程式如下:在成膜过程中，F-并没有直接参与钝化膜物质的形成，但是缺乏其中任一种离子，都会对成膜过程造成很大的影响。其中，F-直接影响膜的形成，试样5与试样4作对比可得出此结论，其中F-在钝化膜形成前期起到活化镀层作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]镀锌钢板钼酸盐钝化膜防腐蚀性能研究[J]. 田丰,赵婧,邱龙时,潘晓龙. 世界有色金属. 2019(15)
[2]电镀锌板钼酸盐体系钝化膜的制备和腐蚀性能研究[J]. 李敏,范欣,李萍,王彬. 热加工工艺. 2017(18)
[3]具有改进耐腐蚀性能的新锆合金制备和验证[J]. 曾奇锋,陈磊,卢俊强,刘家正. 动力工程学报. 2016(04)
[4]镀锌层无机物与有机物复合无铬钝化研究进展[J]. 王雷,刘常升,安成强. 电镀与精饰. 2011(03)
[5]镀锌层钼酸盐转化膜在NaCl溶液中的腐蚀行为[J]. 刘艳荣,周婉秋,武士威,施耀萍. 电镀与精饰. 2010(12)
[6]锌表面混合稀土转化膜的阻抗研究[J]. 张英杰,郑帅,章江洪. 材料保护. 2010(05)
[7]镀锌层钼酸盐钝化工艺研究[J]. 牟世辉. 电镀与精饰. 2009(04)
[8]镀锌层硅酸盐钝化工艺研究[J]. 李广超. 电镀与精饰. 2007(02)
[9]镀锌层无铬钛盐的蓝色钝化[J]. 朱立群,杨飞,黄慧洁,丁楠. 江苏大学学报(自然科学版). 2007(02)
[10]不同添加剂对镀锌层钼酸盐钝化膜腐蚀电化学性能的影响[J]. 郝建军,安成强,刘常升. 材料保护. 2006(10)
本文编号：3217131
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