热浸镀锌层偏钒酸盐—氟锆酸转化膜的研究

作     者：孙霞 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许乔瑜

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：热浸镀锌 偏钒酸盐 氟锆酸 转化膜 耐蚀性 理化性 

摘      要：热浸镀锌广泛用于工业生产中,在潮湿的条件下容易产生白锈,降低了其耐蚀性能。铬酸盐处理是传统的有效防护措施,但是铬酸盐对人体有致癌作用且污染环境,因此环保无铬处理工艺是表面处理未来的主要发展趋势。本论文采用偏钒酸盐为主要成膜剂,以氟锆酸为成膜促进剂,在热浸镀锌层上得到了连续均匀的偏钒酸盐-氟锆酸转化膜。采用SEM、EDS、XPS、XRD等方法测试分析了转化膜的生长形貌及化学组成,通过NSS、EIS、Tafel等测试研究了膜层的耐蚀性能。根据正交试验以及单因素试验得出偏钒酸盐-氟锆酸转化膜的最佳成膜工艺条件为:Na VO3浓度为5g/L,H2Zr F6(45wt%)浓度为6g/L,处理时间t为20min,p H值为1.5,处理温度T为30℃。成膜1min时,锌晶界清晰可见,随着成膜时间的延长,偏钒酸盐-氟锆酸转化膜不断增厚,在20min时,镀锌层表面形成了连续均匀的膜层。延长至45min时,膜层出现裂纹并开始向周围扩展,表面质量下降,60min时,裂纹变宽并且扩展至整个膜层表面,试样有剥落和翘起的现象。EDS、XPS、XRD分析结果表明,偏钒酸盐-氟锆酸转化膜由Zn、O、V、Zr、F元素组成,以Zn F2、Zn O、Zr O2、VO2以及V2O5等化合物的形式存在膜层之中。NSS实验结果表明,随着成膜时间的延长,试样耐蚀性先增大后减小,成膜时间为20min时,白锈面积最小,经过3周期的NSS试验,偏钒酸盐-氟锆酸转化膜仅出现5%的白锈,耐蚀性较热浸镀锌层有显著提高;电化学极化分析结果发现,转化膜处理后的试样自腐蚀电位发生正移,阳极分支和阴极分支均向腐蚀电流密度减小的方向移动,阳极分支的移动幅度更为明显,处理时间为20min的膜层腐蚀电流密度最小,较热浸镀锌层试样的腐蚀电流降低了约两个数量级。成膜处理的试样感抗弧消失,表明锌层的腐蚀受到抑制,随着成膜时间的延长,阻抗谱的低频阻抗值不断增大,成膜20min时转化膜电化学阻抗达到最大值,较纯锌提高了两个数量级。偏钒酸盐-氟锆酸转化膜经不同浸泡时间的腐蚀结果表明,浸泡初期(30min-24h)是腐蚀介质润湿膜层,通过表面细微缺陷处渗透转化膜;浸泡中期(48h-144h)是腐蚀介质在膜内扩散和溶解破坏过程;浸泡后期是膜层失去保护作用,锌基体发生腐蚀反应。划伤腐蚀试验表明偏钒酸盐-氟锆酸转化膜具有一定的自愈性。通过接触角和结合力研究了偏钒酸盐-氟锆酸转化膜的理化性能。成膜处理后的试样较热浸镀锌试样接触角增大,由润湿转为不润湿,延缓了腐蚀介质渗透膜层内部腐蚀锌基体。偏钒酸盐-氟锆酸转化膜的结合力先增大后减小,成膜时间为20min时,膜层的结合力最好。