趙思萌， 郝建軍， 崔 珊

(沈陽理工大學(xué),遼寧 沈陽 110159)

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鋼鐵件序間防銹劑的研究

趙思萌， 郝建軍， 崔 珊

(沈陽理工大學(xué),遼寧 沈陽 110159)

為提高鋼鐵件序間防銹時間，對防銹液配方和工藝進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)性能測試及濕熱試驗(yàn)等方法考察了經(jīng)防銹液處理的鐵片的耐蝕性能。結(jié)果表明，防銹溶液組成為150mL/L磷酸，14g/L氧化鋅，26g/L硝酸鋅，4g/L硝酸鎳，5g/L乙醇，20g/L馬日夫鹽，10g/L亞硝酸鈉，8g/L烏洛托品，對鋼鐵件的耐蝕效果最佳。

防銹劑； 鋼鐵件； 耐蝕性能； 序間

引 言

在生產(chǎn)生活中鋼鐵件的使用范圍廣，應(yīng)用較為普遍。但是鋼鐵件的耐蝕性能較差，針對鋼鐵件的防銹技術(shù)始終是研究的方向[1]。隨著科研的發(fā)展，對于鋼鐵件的防銹工藝已經(jīng)日漸成熟，在生產(chǎn)中，研究磷化膜、氧化膜等各種轉(zhuǎn)換膜作為防銹膜層使之成為序間防銹的首道工序，目的是增強(qiáng)鋼鐵件的序間防銹性能，增強(qiáng)鍍層與基體的結(jié)合力和附著力[2-3]。但是不論是磷化膜或氧化膜的形成，都需要對工件表面進(jìn)行前處理，使生產(chǎn)工序較為復(fù)雜。

本文針對鋼鐵件的序間防銹劑進(jìn)行研究，使得在生產(chǎn)過程中可以將前處理的除銹、水洗等工藝和防銹膜形成的過程合并為一步，加快了生產(chǎn)效率，節(jié)省了原料。同時，通過對防銹劑中磷酸和添加劑的用量及成膜時間的研究，來增強(qiáng)防銹膜的耐蝕性能[4-5]。由于本實(shí)驗(yàn)的磷化鈍化屬于序間防銹工藝，在除銹磷化鈍化一步法形成鈍化膜層后，可以進(jìn)行涂裝等工序，完成整個生產(chǎn)過程。另一方面鈍化膜層也可以在鋼鐵件需要暫時儲存的情況下起到防腐蝕的作用。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 防銹液組成

本實(shí)驗(yàn)使用Q-235鋼鐵片，試樣尺寸為50mm×50mm×1mm。

防銹溶液配方：

100～250mL/L磷酸，14g/L氧化鋅，26g/L硝酸鋅，4g/L硝酸鎳，5g/L乙醇[2]，10～20g/L馬日夫鹽，5～15g/L亞硝酸鈉，5～10g/L烏洛托品。

1.2 工藝流程

鋼鐵件序間防銹工藝流程為：

脫脂棉擦拭→水洗→防銹液浸泡→烘干。

用蘸有防銹液的脫脂棉對試片表面進(jìn)行擦拭，可除去表面銹蝕產(chǎn)物，經(jīng)去離子水沖洗后將擦拭好的試片浸泡在防銹液里，一段時間后取出，進(jìn)行烘干。

1.3 性能檢測

成膜及性能測試，采用GX60-DS金相顯微鏡觀察試片成膜后的表面狀況；

濕熱試驗(yàn)，在θ為55℃，濕度為95%條件下，觀察鐵片表面由灰色變成黃色的時間；

采用CHI660e電化學(xué)工作站(上海華辰)測試防銹膜的交流阻抗。輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，測試溶液為3.5%NaCl水溶液。交流阻抗測量是在開路電位下進(jìn)行，頻率范圍為100kHz～0.01Hz[2]。

2 防銹性能評價

2.1 磷酸對耐蝕性能的影響

磷酸是成膜主要物質(zhì)之一，它不僅可以在序間防銹工藝?yán)锲鸬匠P的作用，還可以在Q-235鋼鐵片表面與其它物質(zhì)反應(yīng)形成一層鈍化膜。在14g/L氧化鋅、26g/L硝酸鋅、4g/L硝酸鎳、5g/L乙醇的溶液中，分別加入100、150、200和250mL/L磷酸。在浸泡6min的條件下，觀察磷化膜表面形貌，測量交流阻抗譜圖，分析磷酸用量對膜層耐蝕性的影響。結(jié)果見圖1、圖2和表1。

圖1 不同磷酸用量膜層的金相照片(200×)

圖2 不同磷酸用量膜層交流阻抗譜圖

表1 不同磷酸用量處理的膜層耐蝕情況

通過調(diào)節(jié)磷酸質(zhì)量濃度，對磷化膜防銹耐蝕性能進(jìn)行比較。從圖1可以看出，當(dāng)磷酸質(zhì)量濃度達(dá)到150mL/L時，防銹膜層相對比較致密。從圖2的交流阻抗譜圖中也可以看出，當(dāng)磷酸質(zhì)量濃度為150mL/L時其阻抗弧較大，耐濕熱時間也相對較長。磷酸質(zhì)量濃度過大，反應(yīng)比較劇烈，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生氣泡，造成表面膜層形成不夠均勻致密，同時磷酸過多也會造成基體的腐蝕，從而影響膜層的耐蝕性能，所以磷酸質(zhì)量濃度過大其耐蝕性能較差。磷酸質(zhì)量濃度較低時，鋼鐵試片表面的銹蝕產(chǎn)物沒有去除干凈，對形成的鈍化膜層有一定的影響，從而降低了膜層的耐蝕性能。150mL/L磷酸為最佳用量。

2.2 反應(yīng)時間對耐蝕性能的影響

反應(yīng)時間決定鋼鐵試片表面的銹蝕產(chǎn)物是否能夠完全去除以及鈍化膜層是否完整生成。在150mL/L磷酸，14g/L氧化鋅，26g/L硝酸鋅，4g/L硝酸鎳，5g/L乙醇，反應(yīng)t分別為3、6、9、12和15min條件下，觀察磷化膜表面形貌，測量交流阻抗譜圖，分析不同磷化時間對膜層耐蝕性的影響。結(jié)果見圖3、圖4和表2。

圖3 不同處理時間膜層的金相照片(200×)

圖4 不同處理時間膜層的交流阻抗譜圖

表2 不同處理時間膜層耐蝕情況

由圖3可以看出，當(dāng)處理t為9或15min時，防銹膜層相對均勻致密。從圖4可以看出，鋼鐵件在防銹液中浸泡9min時阻抗弧較大。達(dá)到15min時其耐蝕能力也較為優(yōu)異，但是由于其浸泡時間過長，在膜層的形成過程中，防銹液里的磷酸可能對基體產(chǎn)生一定的腐蝕，所以9min為較優(yōu)的工藝條件。

2.3 添加劑對耐蝕性能的影響

在基本溶液配方150mL/L磷酸，14g/L氧化鋅，26g/L硝酸鋅，4g/L硝酸鎳，5g/L乙醇溶液中，加人添加劑10～20g/L馬日夫鹽，5～15g/L亞硝酸鈉，5～10g/L烏洛托品。

設(shè)計四因素三水平正交試驗(yàn)表，對添加劑最佳用量進(jìn)行優(yōu)化。各因素水平見表3，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 正交試驗(yàn)因素水平表

表4 試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，序號1濕熱效果最差，序號8濕熱效果相對較好。經(jīng)過正交試驗(yàn)，可以看出，添加劑A的條件下k3>k2>k1，添加劑B的條件下k2>k3>k1，添加劑C的條件下k2>k3>k1，即優(yōu)化添加劑的用量為，20g/L馬日夫鹽，10g/L亞硝酸鈉，8g/L烏洛托品。從極差的數(shù)據(jù)中可以看出，添加劑的影響分別是馬日夫鹽>烏洛托品>亞硝酸鈉。

圖5是序號1、8和正交優(yōu)化的最優(yōu)方案的交流阻抗譜圖，圖6為金相照片。其中a是序號1，b是序號8，c是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)試樣。從圖5中可以看出，添加劑對膜層的耐蝕性能有極大的影響。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?zāi)拥慕涣髯杩够∽畲?，金相照片顯示致密，其耐蝕性能相對最佳。由此得出添加20g/L馬日夫鹽，10g/L亞硝酸鈉，8g/L烏洛托品條件下，膜層耐蝕性能較好。

圖5 不同添加劑的交流阻抗譜圖

圖6 正交試驗(yàn)的膜層金相照片(200×)

3 結(jié) 論

鋼鐵件的序間防銹工藝是很重要的工序，本文的防銹劑可以減少除銹等前處理工藝，能夠通過化學(xué)法在一步去除鋼鐵件表面的銹蝕產(chǎn)物的同時還能在鋼鐵件表面形成一層均勻致密的防銹膜層，起到基本的防銹作用。本序間防銹劑不含六價鉻等污染環(huán)境的物質(zhì)，在生產(chǎn)中具有一定的可操作性。最佳溶液組成為150mL/L磷酸,14g/L氧化鋅,26g/L硝酸鋅,4g/L硝酸鎳,5g/L乙醇,20g/L馬日夫鹽,10g/L亞硝酸鈉,8g/L烏洛托品，浸泡9min，所得膜層耐蝕效果最佳，濕熱試驗(yàn)t能夠達(dá)到550min以上。

[1] 蔡毓英.帶銹鋼鐵擦拭磷化工藝[J].電鍍與涂飾，2009,28(11):31-32.

[2] 劉勇，關(guān)魯雄，熊俊德.鋼鐵表面處理“四合一”磷化液的研究[J].新技術(shù)新工藝,2009,(4):94-98.

[3] 李艷賓,劉煒,王健為,等.鋼鐵件除油除銹防銹一步法處理液的研究[J].河北化工，2012,5(35):60-64.

[4] 宋邦才,閆潔.鋼鐵件涂裝前處理除銹防銹劑的研制[J].材料保護(hù)，2004,8(37)：34-35.

[5] 許哲峰，郭太雄，劉姍.磷化鈍化二合一處理工藝的研究[J].表面技術(shù)，2006，5(35)：45-47.

[6] 周謨銀.涂裝質(zhì)量涂裝工藝及涂裝前處理劑[J].涂裝與防腐，2000,(3):26-32.

Studies on the Antirust Agent used for Iron and Steel Parts between Processes

ZHAO Simeng, HAO Jianjun, CUI Shan

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

The antirust fluid formulation and process were investigated in order to improve the antirust time of iron and steel parts between processes.The corrosion resistant performance of antirust treated steel was studied by electrochemical performance testand damp heat test.The results showed that antirust fluid with the composition of H3PO4(150mL/L),ZnO(14g/L),Zn(NO3)2(26g/L),Ni(NO3)2(4g/L),C2H5OH(5g/L),Mn(H2PO4)2(20g/L),NaNO2(10g/L),C6H12N4(8g/L) possessed the best corrosion resistant effect.

antirust agent; iron and steel parts; corrosion resistance; between the processes

2016-03-23

2016-04-12

TG174.42

A

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.11.010