【摘要】：熱浸Zn-5%Al合金鍍層比純鋅鍍層擁有更多優(yōu)良的性能,如加工性能、外觀質(zhì)量和耐蝕性能。在普通大氣環(huán)境下,熱浸Zn-5%Al合金鍍層的耐蝕性是純鋅鍍層的2~3倍,因此其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。但是,Zn-5%Al合金鍍層在運(yùn)輸和存放過程仍舊具有和鍍鋅層一樣的反應(yīng)特性,從而易發(fā)生腐蝕。為了進(jìn)一步提高鍍層的耐蝕性,通常會(huì)對(duì)鍍層表面進(jìn)行鈍化處理。目前,鋅及鋅合金、鋁合金和鎂合金表面的主要處理方式為鉻酸鹽鈍化處理。但是由于Cr(Ⅵ)對(duì)環(huán)境及人體都有危害,國(guó)內(nèi)外嚴(yán)格限制了鉻酸鹽的使用。硅酸鹽資源豐富且價(jià)格便宜,溶液穩(wěn)定、環(huán)保,純鋅鍍層、鋁合金以及鎂合金表面的硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜已有了大量研究,但在熱浸Zn-5%Al合金鍍層表面硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的研究少見報(bào)道。本文在熱浸Zn-5%Al鍍層上制備了硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜,通過正交試驗(yàn)分析了鈍化時(shí)間、鈍化溫度、溶液模數(shù)(SiO_2:Na_2O摩爾比)和烘干溫度對(duì)膜層耐蝕性的影響,通過單因素分析確定了硅酸鹽成膜最佳工藝;采用掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDS)、傅里葉變換紅外吸收光譜(FT-IR)、X射線光電子能譜(XPS)研究了經(jīng)不同模數(shù)(SiO_2:Na_2O=2.0,3.0,3.5,4.0,4.5)硅酸鈉溶液處理的熱浸Zn-5%Al鍍層表面硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的形貌及組成結(jié)構(gòu);采用中性鹽霧試驗(yàn)(NSS)、塔菲爾極化曲線(Tafel)和電化學(xué)交流阻抗(EIS)對(duì)不同模數(shù)下的硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜耐蝕性進(jìn)行研究;選擇成膜最佳的硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜,通過將其在5wt.%NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間來研究其腐蝕過程,探討其耐蝕機(jī)理。正交試驗(yàn)結(jié)果表明,溶液模數(shù)和烘干溫度對(duì)成膜影響最大,各因素對(duì)硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜耐蝕性影響大小依次為:溶液模數(shù)(29)烘干溫度(29)鈍化溫度(29)鈍化時(shí)間;單因素分析結(jié)果表明,熱浸Zn-5%Al鍍層上硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的最優(yōu)工藝條件為:溶液模數(shù)4.0,鈍化時(shí)間60 s,鈍化溫度80℃,烘干溫度125℃。SEM結(jié)果表明,隨著溶液模數(shù)地增加,膜層表面趨于均勻,膜層厚度也隨之減小。模數(shù)為2.0時(shí),膜層表面不均勻,開裂較多,且膜層堆積較厚;模數(shù)3.0時(shí),膜層表面整體平整,但局部有少量凸起,模數(shù)為3.5、4.0和4.5時(shí)獲得的膜層表面形貌較為相似,表面均完整且均勻,成膜較薄;XPS和FT-IR結(jié)果表明,Zn-5%Al上的硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜主要由硅酸鋅、鋁硅酸鹽和二氧化硅、鋁氧化物/氫氧化物以及鋅氧化物/氫氧化物組成。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明,熱浸鍍Zn-5%Al鍍層經(jīng)硅酸鹽鈍化后,膜層耐鹽霧腐蝕性能有較大的提升,在模數(shù)為2.0~4.0時(shí),膜層耐鹽霧腐蝕性隨著模數(shù)的增加而提高,模數(shù)為4.0時(shí),膜層耐鹽霧腐蝕性最佳,之后隨著模數(shù)的增加耐蝕性下降;塔菲爾極化結(jié)果表明,溶液模數(shù)為4.0時(shí)獲得的硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜抑制陰極腐蝕過程和陽(yáng)極腐蝕過程的效果最佳,此時(shí)膜層的極化電阻R_p高達(dá)134.17 kΩ·cm~2,腐蝕電流密度i_(corr)也達(dá)到最小值0.251μA·cm~(-2);電化學(xué)阻抗結(jié)果表明,熱浸Zn-5%Al鍍層經(jīng)鈍化后耐蝕性有較大的提升,模數(shù)為2.0時(shí)膜層耐蝕性最差,隨著模數(shù)增加,膜層耐蝕性也逐漸提高,在模數(shù)為4.0時(shí)膜層阻抗達(dá)到206.19 kΩ,耐蝕性最佳,繼續(xù)增加溶液模數(shù),膜層耐蝕性開始下降。通過對(duì)轉(zhuǎn)化膜的腐蝕過程研究,熱浸Zn-5%Al鍍層表面硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜在5 wt.%NaCl溶液中的腐蝕主要分為三個(gè)階段:腐蝕前期,腐蝕中期,腐蝕后期。腐蝕前期,膜層表面平整,能有效隔絕腐蝕介質(zhì)的侵蝕;腐蝕中期,膜層阻抗急劇下降,電化學(xué)阻抗對(duì)膜層耐蝕性起主導(dǎo)作用;腐蝕后期,膜層電化學(xué)阻抗譜中出現(xiàn)Warburg擴(kuò)散阻抗,且對(duì)膜層耐蝕性起主導(dǎo)作用,基體發(fā)生腐蝕,膜層表面出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物;浸泡至24 h,膜層失去對(duì)基體的保護(hù)作用,基體表面被腐蝕產(chǎn)物覆蓋。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4
【圖文】：

圖 1-1 Zn-Al 二元合金相圖Fig.1-1 Diagram of Zn-Al binary alloyalfan(Zn-5%Al-0.1%RE)鍍層紀(jì) 80 年代，國(guó)際鉛鋅組織在 Zn-5%Al 合金的基礎(chǔ)上開發(fā)了，并將其命名為 Galfan，其典型成分為 Zn-5%Al-0.1%RE。其使 Zn-5%Al 鍍層各方面性能進(jìn)一步提高[21]：（1）提高鋅浴流潤(rùn)濕角和表面張力，明顯改善鍍層的光亮性；（2）細(xì)化、均勻（3）大幅提高鍍層致密性，有效地阻擋了外界水、雜質(zhì)和空氣fan 的過渡層為一層很薄的 Fe-Al-Zn 三元金屬化合物，能有效的形成，外層為 α-Al 和 β-Zn 相互交替的層片狀共晶組織[22]，密的 Al2O3氧化物保護(hù)膜[23]，提高鍍層的鈍化性能[24]；此外，熱

[71]。其中，i表示某個(gè)Si原子通過O原子與周圍Si原子連接形成Si-O-Si鍵的個(gè)數(shù)，如圖1-2，j表示負(fù)離子中形成這種結(jié)構(gòu)的Si原子的個(gè)數(shù)，R表示負(fù)離子團(tuán)中形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，k表示環(huán)狀結(jié)構(gòu)中Si原子的個(gè)數(shù)。圖1-2 硅酸鈉溶液中幾種典型的Si-O連接類型[71]Fig.1-2 Several typical Si-O linkages in sodium silicate solution[71]Staffan[72]對(duì)硅酸鹽溶液的溶液結(jié)構(gòu)及溶液中離子團(tuán)之間的化學(xué)行為進(jìn)行了探討。文中提到，29Si NMR技術(shù)的發(fā)展為硅酸鹽溶液中負(fù)離子團(tuán)的形成提供了一個(gè)更清晰，但也更為復(fù)雜的圖景，人們可以從核磁共振譜中獲得更直接的信息。29Si NMR譜具有以下兩個(gè)特征：（1）可以觀察到來自不同結(jié)構(gòu)中的SiO4基團(tuán)的大

4，而模數(shù)3.50與4.00溶液中離子的分布與3.00較為接近，如圖1-3。圖1-3 不同模數(shù)硅酸鈉溶液中Si-O連接類型分布[74]Fig.1-3 Relative percentages of Si-O linkage types for various SiO2:Na2O molar ratios[74]1.3.3 硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜成膜機(jī)理和耐蝕機(jī)理的研究由于硅酸鹽溶液的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，因此硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的成膜過程及反應(yīng)機(jī)理也十分復(fù)雜。目前對(duì)于硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜的成膜機(jī)理存在兩種說法，一種是在純鋅鍍層上的成膜機(jī)理，另一種是在鋁合金上的成膜機(jī)理。研究表明[57]，當(dāng) SiO2:Na2O = 3.22 時(shí)，溶液中的陰離子 80%為 Q3和 Q4，20%為 Q0。溶液中 SiO2和氧化硅膠體粒子存在反應(yīng)平衡：SiO2+ 2H2O = Si(OH)4(1-1)而單體硅酸根離子(Q0結(jié)構(gòu))發(fā)生縮聚反應(yīng)的條件與溶液濃度、反應(yīng)溫度和溶液pH 有關(guān)，其縮聚反應(yīng)根據(jù)式(1-2)發(fā)生

【參考文獻(xiàn)】

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2 許喬瑜;孫霞;;熱浸鍍鋅層表面偏釩酸鹽 氟鋯酸復(fù)合轉(zhuǎn)化膜的研究[J];電鍍與涂飾;2014年16期

3 賀志榮;何應(yīng);劉繼拓;解凱;;Al和RE對(duì)Zn-Al合金鍍層組織和耐蝕性的影響[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2014年08期

4 潘春陽(yáng);田裕昌;麥海登;鄭穎淋;孫水浴;葉錦輝;;鍍鋅鋼表面有機(jī)酸/硅酸鹽鈍化及鈍化膜的耐蝕性能[J];材料保護(hù);2014年03期

5 車淳山;曾發(fā)明;孔綱;盧錦堂;王霞;;熱浸鍍鋅鋁系列合金鍍層的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2013年15期

6 武志富;李素娟;;氫氧化鋅和氧化鋅的紅外光譜特征[J];光譜實(shí)驗(yàn)室;2012年04期

7 袁美蓉;盧錦堂;孔綱;車淳山;;熱鍍鋅層上硅酸鹽膜的耐蝕性和自愈性[J];材料工程;2012年06期

8 房新建;郭瑞光;張力;王娜娜;;鋁合金表面氟硅酸鹽轉(zhuǎn)化新工藝[J];電鍍與涂飾;2012年05期

9 李曉杰;郭瑞光;;鋁合金表面硅酸鹽轉(zhuǎn)化膜研究[J];表面技術(shù);2010年02期

10 許喬瑜;周巍;;Ni和V對(duì)熱浸鍍鋅層耐蝕性能的影響[J];表面技術(shù);2009年05期

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本文編號(hào)：2785317