超聲波清洗對鍍錫鈍化膜耐蝕性能的影響

趙立新，邵 穎，邵忠財，，李廣宇

(1.牡丹師范學院超硬材料實驗室，黑龍江牡丹江 157012;2.沈陽理工大學環境與化學工程學院，遼寧沈陽 110159)

超聲波清洗對鍍錫鈍化膜耐蝕性能的影響

趙立新1，邵 穎2，邵忠財1，2，李廣宇2

(1.牡丹師范學院超硬材料實驗室，黑龍江牡丹江 157012;2.沈陽理工大學環境與化學工程學院，遼寧沈陽 110159)

鋼板經鍍錫、軟熔及重鉻酸鹽電解鈍化后，在其表面殘留的六價鉻和黑灰嚴重影響錫層的耐腐蝕性能。利用超聲波清洗鈍化后的鍍錫板，達到去除鍍錫板缺陷處的六價鉻和黑灰而不影響鍍錫板表面性能的目的。研究了超聲波頻率、清洗時間和溫度對鍍錫板耐腐蝕性能的影響。結果表明:超聲波清洗能夠提高鍍錫層的耐蝕性。

超聲波清洗;鍍錫鈍化膜;耐蝕性

引言

目前國際上傳統的鍍錫鋼板生產時在鍍錫層經軟熔處理后，均采用在重鉻酸鹽溶液中進行陰極電解鈍化處理，使其表面上形成鉻酸鹽鈍化膜。這種鉻酸鹽鈍化膜不僅可以提高鍍錫鋼板的耐蝕性，且可以抑制因鍍錫鋼板長期儲藏以及在涂料的加熱烘烤過程中發生錫氧化引起的變黃［1-3］。以六價鉻為主的鈍化液若沖洗不干凈便會殘留在鍍錫鋼板的表面，很可能對人體造成危害［4］。超聲波清洗被國際公認為是當前效率最高、效果最好的清洗方式，其清洗效率達到了98%以上，清洗潔凈度也達到了最高級別。而傳統的人工清洗和有機溶劑清洗的清洗效率僅僅為60%～70%，氣相清洗和高壓水射流清洗的清洗效率也低于90%［5-8］。

本文擬利用超聲波清洗鈍化后的鍍錫板，達到去除鍍錫板缺陷處的六價鉻和黑灰而不影響鍍錫板表面鈍化膜性能。關鍵問題是考察在鍍錫板鈍化后清洗過程中，超聲波對鍍錫板缺陷處的六價鉻和軟熔過程產生的黑灰的去除效果。研究不同超聲波頻率、時間施加方式和溫度對六價鉻和黑灰的去除效果和對鈍化膜表面性能、形貌的影響。

1 實驗部分

1.1 鍍錫板鈍化及超聲波清洗工藝流程

鍍錫板鈍化及超聲波清洗工藝流程如下:

化學除油→水洗→烘干→除銹→水洗→烘干→軟熔→水洗→烘干→鈍化→水洗→烘干→超聲波清洗→烘干。

1.2 鍍錫及鈍化工藝

堿性鍍錫配方及工藝條件如下:

75～90 g/L錫酸鈉、8～12 g/L氫氧化鈉、雙氧水適量，θ=70～90℃，Jκ=1～1.5 A/dm2，Ja=3～4 A/dm2，ηκ=60%～75%，t=5s。

電解鈍化處理的配方及工藝條件如下:

25g/L Na2Cr2O7·2H2O，θ=42℃，pH=4.4，Jκ=1.0 A/dm2，t=8s。

1.3 實驗材料及主要儀器

實驗所用試片為鐵片，尺寸為2cm×5cm。主要儀器:KQ5200DB型數控超聲波清洗器，晶體管直流穩壓電源，XJQ-04型金相顯微鏡等。

1.4 性能測試

1)NaCl溶液浸泡試驗，將試片進行前處理、鍍錫、軟熔、鈍化及超聲波清洗后，放入40℃的5%氯化鈉溶液中，室溫放置24h后把試片拿出洗凈吹干，觀察表面腐蝕情況。

2)用XJQ-04型金相顯微鏡對試片進行觀察，耐酸蝕和浸泡試驗的腐蝕評價等級如表1所示。

表1 腐蝕外觀等級評價表

3)SEM檢測用S-4800型冷場發射電子顯微鏡(日立公司生產)，對實驗樣品的顯微結構、腐蝕形貌進行觀測。

2 實驗結果與討論

2.1 超聲波清洗頻率對鍍錫層耐蝕性的影響

表2為超聲波頻率對鍍錫層耐蝕性影響的試驗結果。

表2 超聲波頻率對鍍錫層耐蝕性的影響

由表2可看出，無超聲波清洗(在f為0)時腐蝕等級最大，耐蝕性最差;超聲波清洗能夠降低試樣的腐蝕等級，提高其耐蝕性。f為40kHz的超聲波清洗后，鍍錫層在NaCl溶液浸泡腐蝕等級為2級，f在59kHz清洗后的鍍錫層浸泡腐蝕等級為3級。綜合評定超聲波清洗后鍍錫層的耐蝕性略有變化，表明超聲波清洗對鍍錫板有效果，將六價鉻、黑灰影響耐蝕性的雜質清洗掉，不會破壞膜的性能，可以提高鍍錫板的耐蝕性，f為40kHz時超聲波清洗耐蝕性比沒用超聲波清洗要好。

2.2 超聲波清洗溫度對鍍錫層耐蝕性的影響

表3為清洗f為59kHz、t為10s，θ分別為25、35、45、55和65℃下的鍍錫層腐蝕試驗結果。

表3 溫度對鍍錫層耐蝕性的影響

腐蝕等級隨清洗溫度的升高而降低，θ為35～45℃時達到最低后又隨溫度的升高而升高。綜合評定清洗f為59kHz、t為10s，θ在35℃時鍍錫層浸泡腐蝕等級為2級，抗腐蝕性和清洗效果最好。

2.3 超聲波清洗時間對鍍錫層耐蝕性的影響

表4所示，超聲波清洗f為59kHz、θ=25℃，t分別為5、10、15、20及25s時試片的腐蝕結果。

表4 時間對鍍錫層耐蝕性的影響

由試驗結果得出，隨著時間的延長清洗效果越來越好，15s時達到最佳，浸泡腐蝕等級為2級。繼續延長時間清洗效果反而下降，可能是超聲波使鈍化膜的改變或脫落。

2.4 鍍錫板表面形貌

在f=59kHz，θ=35～45℃，t=10～15s條件下對鍍錫板表面進行超聲波清洗，與未經超聲波清洗的鍍錫板，經5%氯化鈉溶液浸泡試驗后的SEM照片，如圖1所示。

圖1 鍍錫板表面形貌照片

由圖1可見，將超聲波清洗鍍錫板與未經超聲波清洗鍍錫板經浸泡試驗后的微觀表面形貌對比，很明顯看出超聲波清洗過的鍍錫板腐蝕點少，表面均勻平整，耐蝕性有明顯提高，未經超聲波清洗的鍍錫板腐蝕面積大，腐蝕很嚴重，表明在超聲波清洗條件下鍍錫板耐蝕性能得到很大提高，清洗效果明顯。

3 結論

1)利用超生波清洗鈍化后鍍錫板，可達到去除鍍錫板缺陷處的六價鉻和黑灰，而不影響鍍錫板表面性能的目的。2)經一定條件的超聲波清洗能夠提高其耐蝕性，超聲波清洗的鍍錫板耐蝕性較未經超聲波清洗的有明顯提高。3)超聲波頻率、清洗時間和溫度均對清洗效果有較大的影響。

［1］黃久貴，李寧，蔣麗敏，等.鍍錫板耐蝕性研究及進展［J］.電鍍與環保，2003，23(6):5-8

［2］封勇.光亮酸性鍍錫工藝綜述［J］.機電元件，2005，25(2):32-36.

［3］Catalá R，Cabanes J M，Bastidas J M.An impedance study on the corrosion properties of lacquered tinplate cans in contact with tuna and mussels in pickled sauce［J］.Corrosion Science，1998，40(9):1455-1467.

［4］Lowrev P C.Tinplate:challenges facing“the other”coated product［J］.American Metal Market，2000，108:16-17.

［5］鮑善惠，陳玲.超聲清洗的原理及最新發展［J］.陜西師范大學繼續教育學報，2004，21(2):107-109.

［6］胡興軍，楊燕.超聲波清洗技術備受矚目［J］.清洗世界，2004，20(2):26-29.

［7］陳思忠.超聲波清洗技術與進展［J］.洗凈技術，2004，(2):11-12.

［8］張秀棉，周東良.超聲波技術及其在汽車工業中的應用［J］.清洗世界，2006，22(1):13-16.

Effect of Ultrasonic Cleaning after Passivation on Corrosion Resistance of Tin Coating

ZHAO Li-xin1，SHAO Ying2，SHAO Zhong-cai1，2，LI Guang-yu2
(1.Laboratory for Superhard Materials，Mudanjiang Normal College，Mudanjiang 157012，China; 2.School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

A tin coating was plated on a steel sheet and then accepted reflow treatment and passivation in dichromate solution.Ultrasonic was used in cleaning of the tinplate after passivation.Effects of ultrasonic wave frequency，cleaning time and temperature on corrosion resistance of the passivated tin coating were investigated.The experimental results showed that ultrasonic cleaning after passivation not only could remove hexavalent chromium compound and grey dusts remained on the passivation film surface but also could increase corrosion resistance of the tin coating.

ultrasonic cleaning;tin coating passivation film;corrosion resistance

TG174.44

:A

1001-3849(2010)10-0009-03

2010-05-06

:2010-06-08

牡丹江市科技攻關項目(G2008G0037);黑龍江省自然科學基金項目(E200823)