鍍鋅板表面硅烷復合鈍化膜的制備、性能和成膜機理.pdf

1、鍍鋅鋼板由于具有優(yōu)異的加工和使用性能，且在干燥的自然環(huán)境中具有優(yōu)良的防腐蝕能力，因此在工業(yè)各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用，是鋼鐵材料的主要產(chǎn)品之一。金屬鋅在濕度高于70％的大氣中，其表面易腐蝕，通常在鍍鋅層表面制備一層化學穩(wěn)定性較高的鉻酸鹽薄膜，以提高它的耐蝕性，增加表面光澤和抗污染能力，這層膜被稱為鈍化膜或轉(zhuǎn)化膜。鉻酸鹽是一種劇毒物質(zhì)，具有致癌、致畸和誘發(fā)基因突變的作用成為了環(huán)境的巨大負擔，世界各國對其管理與監(jiān)督日趨嚴格。為使產(chǎn)品環(huán)保性滿足

2、要求，解決六價鉻的污染問題，開發(fā)研究無鉻鈍化工藝技術(shù)，擯棄傳統(tǒng)的鉻酸鈍化工藝，獲得“市場準入證”，是金屬鈍化技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展的“大勢所趨”。
　　本文通過正交試驗得到了一種熱鍍鋅鋼板表面硅烷復合鈍化處理工藝。其中KH-550硅烷和KH-560硅烷作為主成膜物質(zhì)在熱鍍鋅板表面形成物理屏蔽層把腐蝕性物質(zhì)阻隔在外，另外添加氟鋯酸和硫酸氧釩等無機物起到緩蝕劑的作用。通過兩者協(xié)同作用提高鈍化膜的耐蝕性。采用中性鹽霧試驗、劃痕腐蝕實驗和電化學實

3、驗對硅烷復合鈍化膜進行了耐蝕性能考察:72h中性鹽霧試驗無腐蝕;電化學測試發(fā)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移電阻和線性極化電阻均遠大于熱鍍鋅板的自然鈍化膜證明硅烷復合膜能有效抑制鋅的腐蝕電化學反應;劃痕腐蝕試驗證明硅烷復合鈍化膜具有自修復能力。利用激光共聚焦顯微鏡(LSCM)、掃描電子顯微鏡(SEM)對硅烷復合鈍化膜的表面形貌進行了分析:鈍化膜為無色膜且光滑平整、均勻致密具有阻擋腐蝕性介質(zhì)的能力。采用X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、射頻輝

4、光放電發(fā)射光譜儀(rf-GD-OES)和傅里葉變換紅外吸收光譜儀(FTIR)分析了硅烷復合鈍化膜的化學組成和微觀結(jié)構(gòu)。硅烷復合鈍化膜的膜重為1.86g·m-2;200℃條件下20min無黃變;耐指紋性能⊿E=0.15;附著力為1級;表面電阻平均值為0.19mΩ;成型性能良好;焊接性能達到《點焊焊接區(qū)的檢驗方法》的A級要求。
　　研究了硅烷復合鈍化膜的成膜過程，發(fā)現(xiàn)成膜過程包括兩個階段:第一階段，熱鍍鋅板浸入硅烷復合鈍化液后，鈍化液

5、中無機和有機成分在鍍鋅板表面快速吸附，并且氟鋯酸與鍍鋅板發(fā)生反應開始形成鈍化膜。當鍍鋅板從溶液中提出時，鍍鋅板表面會附著一層具有一定厚度的水化的吸附層。第二階段，加熱固化過程中，吸附層中的水分揮發(fā)，吸附層中有機硅烷和無機物成膜成分會以物理吸附或者化學吸附的形式附著在鍍鋅板表面形成鈍化膜。在加熱固化過程中，鋅表面發(fā)生一系列的化學反應:包括硅烷和鋅表面羥基的縮合反應使得硅烷以化學吸附的形式牢固附著在鋅的表面;硅烷分子之間的羥基縮合反應以及K

6、H-560的環(huán)氧基團和KH-550的氨基之間發(fā)生聚合反應，這種硅烷分子之間的化合鍵的互聯(lián)使得硅烷在鍍鋅板的表面形成具有一定厚度的、致密的、交聯(lián)的、空間立體網(wǎng)狀的硅烷膜，同時把添加的無機緩蝕劑包覆在膜的內(nèi)部。致密的硅烷復合鈍化膜能夠有效的阻擋外界的腐蝕性物質(zhì)，當膜層破損時無機緩蝕劑能夠自發(fā)吸附到破損處，修復破損表面并降低腐蝕速度。
　　在熱鍍鋅板表面硅烷復合鈍化工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對電鍍鋅板的特性改進和優(yōu)化了鈍化工藝。采用此鈍化工藝

7、在電鍍鋅板表面制備了連續(xù)致密的電鍍鋅硅烷復合鈍化膜。電鍍鋅板表面硅烷復合鈍化膜72h鹽霧試驗腐蝕面積小于5％;破損處具有緩解腐蝕功能;電化學實驗證明鈍化膜耐蝕性良好;附著力為1級;彎曲試驗為1T;耐指紋性能⊿E=0.16;200℃條件下20min無黃變;表面電阻平均值小于1mΩ。
　　利用正交實驗設(shè)計并優(yōu)化了電鍍鋅板表面水性丙烯酸樹脂復合鈍化工藝。制得了丙烯酸樹脂復合鈍化膜，并研究了丙烯酸樹脂復合鈍化膜的性能:72h鹽霧試驗腐蝕面