论文部分内容阅读
铬酸盐广泛用于锌及锌镀层的钝化,由于其具有高毒性、污染环境和危害人体健康的危害性,研究新的热浸镀锌层无铬保护技术已势在必行。本文选用Ti（SO4）2作为主盐,研究了热浸镀锌层表面钛盐转化膜的成膜工艺,并添加有机缓蚀剂植酸改进单一钛盐溶液,得到了耐蚀性能更优的改进型钛盐转化膜。采用SEM、EDS、XPS、IR等分析测试手段及电化学阻抗、极化、盐雾腐蚀、浸泡腐蚀等试验方法系统地研究了单一钛盐转化膜/改进型钛盐转化膜的成膜工艺、表面形貌、膜层的生长和膜层的耐蚀性能。同时研究了改进型钛盐转化膜的自愈性能。通过对单一钛盐成膜工艺的主要影响因素分析研究,确定了最佳工艺条件为:Ti（SO4）2为1g/L,H2O2为60mL/L（w=30%）,pH值为0.51.0,处理温度为室温（2530℃）,处理时间为10min。改进型钛盐的成膜工艺为在单一钛盐成膜工艺的基础上添加含量为20 mL/L的植酸。单一钛盐转化膜随处理时间的延长而增厚,当处理时间达到10min时,膜层表面开始出现微裂纹;当处理时间超过10min后,膜层增厚,微裂纹继续增长导致膜层开裂,耐蚀性能下降。改进型钛盐转化膜成膜速度快,在处理时间为1min时,在锌表面即生成了连续完整致密的膜层;当处理时间超过10min后,膜层出现裂纹,且随处理时间的延长,裂纹逐渐变宽,并开裂翘起。膜层生长情况与单一钛盐转化膜成膜类似。XPS分析结果表明,单一钛盐转化膜的组成主要由含结晶水的Ti（OH）4/TiO2和Zn（OH）2/ZnO组成,Ti在膜层表面以TiI价存在。添加植酸缓蚀剂后,通过IR以及XPS分析结果表明,植酸参与了成膜反应,改进型钛盐转化膜膜层组成主要由结晶水的Ti（OH）4/TiO2和Zn（OH）2/ZnO以及植酸盐类物质组成。中性盐雾试验表明,植酸改进型钛盐转化膜耐蚀性能明显优于单一钛盐转化膜,出现5%白锈时间为第8个周期;单一钛盐转化膜出现5%白锈的时间为第6个周期;而未处理的HDG试样,出现5%白锈时间为1个周期以内。电化学测试表明,单一钛盐转化膜及改进型钛盐转化膜能同时抑制腐蚀过程中的阳极溶解和阴极去极化反应。其中,改进型钛盐转化膜耐蚀性更加显著,与热浸镀锌层比较腐蚀电流密度从9.020μA·cm-2降到0.118μA·cm-2,极化电阻和电化学阻抗分别从1.043 kΩ·cm2和1 kΩ·cm2增至66.83 kΩ·cm2和41 kΩ·cm2,耐蚀性能优于单一钛盐转化膜。改进型钛盐转化膜层在5% NaCl溶液中的腐蚀过程分为三个阶段:浸泡初期,电解质溶液在转化膜中的扩散过程;浸泡中期,主要发生转化膜的溶解破坏过程;浸泡后期,主要发生转化膜下基体锌层的腐蚀反应。划痕腐蚀试验表明,改进型钛盐转化膜膜具有一定的自愈性。