鍍鋅板表面硅烷復(fù)合鈍化膜的制備、性能和成膜機(jī)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(yīng)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(xué)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(fù)擔(dān)，世界各國對其管理與監(jiān)督日趨嚴(yán)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(zhǔn)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(fù)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(jī)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(xué)實

3、驗對硅烷復(fù)合鈍化膜進(jìn)行了耐蝕性能考察:72h中性鹽霧試驗無腐蝕;電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移電阻和線性極化電阻均遠(yuǎn)大于熱鍍鋅板的自然鈍化膜證明硅烷復(fù)合膜能有效抑制鋅的腐蝕電化學(xué)反應(yīng);劃痕腐蝕試驗證明硅烷復(fù)合鈍化膜具有自修復(fù)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(fù)合鈍化膜的表面形貌進(jìn)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(fù)合鈍化膜的化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)。硅烷復(fù)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(dá)到《點焊焊接區(qū)的檢驗方法》的A級要求。
　　研究了硅烷復(fù)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(fù)合鈍化液后，鈍化液

5、中無機(jī)和有機(jī)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(yīng)開始形成鈍化膜。當(dāng)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(jī)硅烷和無機(jī)物成膜成分會以物理吸附或者化學(xué)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(xué)反應(yīng):包括硅烷和鋅表面羥基的縮合反應(yīng)使得硅烷以化學(xué)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(yīng)以及K

6、H-560的環(huán)氧基團(tuán)和KH-550的氨基之間發(fā)生聚合反應(yīng)，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(jī)緩蝕劑包覆在膜的內(nèi)部。致密的硅烷復(fù)合鈍化膜能夠有效的阻擋外界的腐蝕性物質(zhì)，當(dāng)膜層破損時無機(jī)緩蝕劑能夠自發(fā)吸附到破損處，修復(fù)破損表面并降低腐蝕速度。
　　在熱鍍鋅板表面硅烷復(fù)合鈍化工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對電鍍鋅板的特性改進(jìn)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(fù)合鈍化膜。電鍍鋅板表面硅烷復(fù)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(xué)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(fù)合鈍化工藝。制得了丙烯酸樹脂復(fù)合鈍化膜，并研究了丙烯酸樹脂復(fù)合鈍化膜的性能:72h鹽霧試驗腐蝕面