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钢铁表面复合转化膜制备及其耐蚀性能研究

郭小梅  
【摘要】:钢铁是应用范围最广、使用量最大的金属。但钢铁又是最容易腐蚀的金属。长期以来人们一直采用多种表面处理技术防止钢铁腐蚀。目前最常用的方法之一是磷化。磷化技术通过化学与电化学反应在钢铁表面形成一层难溶的磷酸盐膜层,目的是对钢铁进行预处理,改变钢铁的表面性质,提高有机涂层的附着力,从而利用有机涂层的性质进行涂装处理实现对钢铁金属的腐蚀保护。但是,磷化和涂装工艺过程复杂、繁琐,且含磷废水的排放引起水体富营养化。因此,寻求工艺简单、绿色环保的腐蚀防护工艺值得我们进行科学研究。 首先在本课题组成功研究制备氟铁酸盐转化膜基础上,通过对亚铁氰化钾、硫酸锆、硫酸铈、硫酸铬和硝酸铬无机物进行单因素试验,研究不同无机物对氟铁酸盐转化膜的改性作用。采用中性盐雾试验测试转化膜的耐蚀性能。结果表明在氟铁酸盐基础液中添加适量硝酸铬可改进氟铁酸盐转化膜的外观和耐蚀性,在铁试片表面形成一层均匀致密的转化膜,盐雾时间为5h。 其次在氟铁酸盐转化膜基础上,通过对单宁酸、没食子酸和丙烯酸有机物进行单因素试验,研究不同有机物对氟铁酸盐转化膜的改性作用。采用中性盐雾试验测试转化膜的耐蚀性能。结果表明在氟铁酸盐基础液中添加适量单宁酸可有效改进氟铁酸盐转化膜的外观和耐蚀性,在铁试片表面形成一层均匀致密的蓝黑色转化膜,盐雾时间为5h。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和红外光谱分别对其转化膜的结构形貌和成份进行了研究。结果表明添加单宁酸的转化膜结构致密、颗粒细小。 最后综合考虑无机改性和有机改性的性能,通过试验研究获得一步制备有机无机复合膜的工艺方案为KF125g/L、HNO_375ml/L、单宁酸4g/L、硝酸铬5g/L、促进剂1g/L、少量润湿剂,反应温度为60℃,反应时间为30min。采用中性盐雾试验、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和红外光谱分别对转化膜的耐蚀性能、结构形貌和成份进行了研究。并对复合膜的成膜机理进行研究。结果表明复合转化膜由氟铁酸钾、单宁酸-Fe~(3+)和单宁酸-Cr~(3+)的络合物组成,其结构致密、颗粒细小(粒径小于1μm)、耐蚀性能好,其盐雾时间为9h,有效提高了钢铁的耐蚀性。


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