磷化-封护法对模拟铁质文物的保护研究

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铁器在我国封建社会中扮演了重要角色,它推动了古代生产力和军事实力的发展。铁质文物,作为时代遗留的文化遗产,自然有着不可替代的历史价值。然而,现存和出土的铁器正面临着严重的腐蚀问题。因此开展铁质文物保护工作具有十分重要的意义。  金属的涂装、冷加工及单独防护都需要进行磷化处理。在涂装前磷化上一层磷化膜可大大增强基体与涂层的结合力,提高耐蚀性。它作为金属防护的重要措施,有着广泛的应用。在金属文物保护方面有着较大的应用潜力。本文的主要内容是铁质文物保护用磷化液的研究和对磷化处理、磷化-封护后模拟铁试样的耐蚀性能进行系统的测试。  本文采用动电位极化曲线法、观察法研究了环境因素如Cl?、SO2、PH和温度等环境因素对铁试片腐蚀的影响。通过化学合成铁器表面常见的腐蚀产物β-FeOOH,γ-FeOOH和δ-FeOOH,将它们和试验试剂Fe3O4、Fe2O3都采用制备的粉末微电极研究其对铁器腐蚀的催化活性。研究表明:β-FeOOH和δ-FeOOH对氧还原反应的催化活性较高。在对铁器保护的过程中,将不稳定锈层转化为Fe3O4、Fe2O3、α-FeOOH等较为稳定的锈层是今后努力的目标。  锌系磷化液的主要成分是Zn(NO3)2和 Zn(H2PO4)2,是铁质文物保护的一种重要方法。锌系磷化膜外观颜色呈铁灰色,与铁颜色相近,在机械加工中不影响零件尺寸。本文通过选取一种磷化液配方,在工业铁皮表面磷化成膜。采用电化学方法,通过开路电位-时间曲线,原位跟踪了磷化成膜过程;用X射线衍射(XRD)对磷化过程不同阶段的成分进行了测试、分析;通过动电位极化曲线,硫酸铜点滴试验和扫描电镜(SEM)等研究了温度的对磷化成膜的影响;讨论了磷化成膜的电化学机理。研究表明:开路电位-时间曲线中的反应斜率、成膜时间等是研究磷化成膜过程的重要特征参数;温度对低常温磷化成膜过程和膜层的耐蚀性能有显著影响,推荐铁基体低常温磷化以35~45℃为佳。  在此研究基础上,以磷化膜为底层结合PVB-BTA形成双膜层。采用NaCl溶液浸泡、中性盐雾加速腐蚀试验与动电位极化腐蚀电流测试相结合的方法对低碳钢空白试样、封护试样、磷化试样和磷化-封护试样进行了长时间的连续观察和定量、半定量测试。结果表明:磷化-封护结合使试样耐氯化钠浸泡时间达36d,可将腐蚀抑制率提高至99.97%,耐盐雾加速腐蚀试验长达100h且试验后腐蚀电流密度为1.502×10-6 A·cm-2,低于仅磷化试样数倍,显示出较好的保护效果,表现出良好的工艺协同效应。  防腐蚀领域为了防止腐蚀,通常用化学方法将不稳定锈层向稳定锈层转变,目前研究较多的是单宁酸-磷酸体系。用单宁酸、磷酸、单宁酸-磷酸、磷化液对生锈的铁试样预膜,并对预膜试样采用KH560、PVB-BTA两种封护剂进行封护处理,通过动电位极化曲线、中性盐雾加速腐蚀试验测试预膜、预膜-封护试样的耐蚀性。结果表明:经过磷化液预膜的试样的腐蚀电流最小,经过10h的中性盐雾加速试验后腐蚀最轻。磷化后再进行封护处理的生锈试样在盐雾20h后的腐蚀电流和变化最小,对试样的保护效果最好。
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