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金属腐蚀与防护概述

时间:2012-10-6栏目:冶金工程论文

金属腐蚀与防护概述

  宋凤莲

  大多数工业用的金属及镀层金属(如铁、锌、铝、锡、铅、镁等及其合金)均可通过形成化学转化膜来保护其表面。用于提高耐蚀性的化学转化膜技术主要有铬酸盐钝化和磷化等。其中经铬酸盐钝化处理过的镀锌钢板表面形成一层致密的铬/基体金属的混合氧化物膜层,由于该膜层具有自修复性,因而耐蚀性很高。但铬酸盐中六价铬属极毒性物质且易致癌,钝化处理过程中产生的气雾及生产中的废水排放对生物体及环境都有严重危害。因此,取代六价铬的无铬处理工艺技术及开发新的替代性环境友好型钝化产品,已成为金属表面处理业所共同面临的难题。

  一、无铬钝化处理技术

  1.钼酸盐、磷/钼酸盐钝化处理

  钼与铬同属ⅥA族,是一种有希望替代铬酸盐的物质。钼酸盐早已广泛用作钢铁及有色金属的缓蚀剂和钝化剂。英国Loughborough大学的Bijimi等研究了钼酸盐钝化处理过程中的电化学特性和锌表面的化学浸泡处理。在腐蚀试验中,钼酸盐转化膜的耐蚀性不如铬酸盐转化膜。近年来的研究表明在磷/钼酸盐钝化液中掺杂有机/无机缓蚀剂,能更进一步提高转化膜的耐蚀性。宫丽等采用在钼酸盐钝化液中加入适量H3PO4、SiO2、Ti(Ⅳ)盐等添加剂,对钼酸盐钝化膜改性的Mo-P-Si-Ti复合钝化膜,并讨论了钝化膜的成膜机理和防蚀机理。

  2.硅酸盐钝化处理

  硅酸盐处理具有成本低、钝化液稳定性好、使用方便、无毒、无污染等优点,但耐腐蚀性能较差。为了增强膜层耐蚀性,钝化液中常加入一些有机促进剂,如水溶性阴离子型丙烯酸胺、硫脲等化合物。

  3.稀土盐钝化处理

  金属的稀土钝化处理方法通常比较简单,一般只要将金属置于含稀土离子的溶液中,浸泡一段时间(化学浸泡法)或将金属作为阴极通电极化(阴极极化法),便可使金属钝化,即在金属表面形成稀土钝化膜,钝化过程的工艺条件对稀土转化膜的形成及其性能有很大影响。

  (1)化学浸泡法。化学浸泡法即将金属置于含稀土离子的溶液中,浸泡一段时间完成钝化的方法。钝化时所用的钝化处理溶液有两类:一类是单一的稀土盐溶液(有时含有NaCl);另一类是溶液中除含有稀土盐外,还含有强氧化剂和成膜促进剂或辅助成膜剂等添加物。

  (2)阴极极化法。阴极极化法是将置于稀土盐溶液中的金属工件作为阴极,进行阴极极化处理的方法。该方法能在较短时间内使金属表面形成稀土转化膜。但阴极极化处理时有氢气析出,使转化膜出现较多微孔,且与金属层的结合强度低,进而导致稀土转化膜的耐蚀性下降。阴极极化法处理后得到的稀土转化膜耐蚀性低于化学浸泡法,因此阴极极化法应用很少。

  4.钨酸盐、钛、锆、铪系钝化处理

  含锆溶液代替铬酸盐用于铝基表面的预处理已被确认,锆基无铬钝化液也可处理锌基表面,作为涂漆的前处理,而一般不作为最终处理。锆基无铬钝化液主要含有H2ZrF6,提供Zr和F。另外,常需加入少量的HF。锆系处理铝合金的耐腐蚀能力同铬酸盐接近。

  5.硅烷钝化处理

  硅烷特殊的结构特征决定了它可以与金属形成Si-OMe(Me表示金属)化学结合键,从而可以提高涂层与金属基体的化学结合力。

  以硅烷为主的金属表面防锈技术具有以下优点:工艺过程简单,无毒、无污染,适用范围广,成本低,防腐效果优于传统的磷化、钝化工艺,经硅烷处理过的金属表面对有机涂层的胶粘性能优异。如能实现工业化生产,必将对金属材料表面处理行业带来深远的影响。

  二、硅烷偶联剂简述

  偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂,主要用作高分子复合材料的助剂。偶联剂的种类繁多,主要有硅烷偶联剂、钦酸酯偶联剂、铝酸酷偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂等。其中,硅烷偶联剂(Silane coupling agents,简称“SCA”或“硅烷”)是应用最早、最广泛的偶联剂,它发展至今已有近70年的历史。现在,硅烷偶联剂基本上适用于所有无机材料和有机材料的连接表面,己经被广泛应用在汽车、航空、电子和建筑等行业中。

  三、金属表面硅烷化的研究进展

  硅烷偶联剂并非一种新材料,但其用于金属防腐和金属材料表面预处理中却是一个新兴的领域。以硅烷偶联剂为主的金属表面防锈技术能满足以下几个要求:

  化学药品和处理步骤经济合理;

  无环境污染;

  在干湿条件下为涂层与金属基体提供优异的结合力;

  能使金属表面钝化。

  (作者单位:开封市技师学院)

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