鎳鍍層水性無鉻鈍化后的耐腐蝕性能研究

羅貫虹

鎳鍍層水性無鉻鈍化后的耐腐蝕性能研究

羅貫虹

（福建宏貫路橋防腐科技股份有限公司，福建 龍巖 364000）

電鍍鎳層在生活以及生產(chǎn)中具有非常廣泛的應(yīng)用，因此，加強(qiáng)對電鍍鎳層化學(xué)屬性的研究，能夠最大化地加強(qiáng)電鍍鎳層的使用。同時，加大對電鍍鎳耐腐蝕性的研究，對于國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步也能產(chǎn)生非常重要的影響。電鍍鎳層本身具備相應(yīng)的防腐蝕性能，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使用要求。利用兩種無鉻鈍化液對電鍍鎳層進(jìn)行鈍化處理，希望對提高電鍍鎳層的腐蝕性能有一定的幫助。

水性無鉻鈍化液；電鍍鎳層；硅烷偶聯(lián)劑；有機(jī)-無機(jī)緩蝕劑

電鍍鎳層在生活以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有非常重要的作用，由于電鍍鎳層具有較好的耐腐蝕性，能夠極大地延長金屬物體的使用壽命，所以對電鍍鎳層的耐腐蝕性進(jìn)行研究具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

電鍍鎳層具有耐腐蝕以及耐磨的特點(diǎn)，但是對于鋼鐵材料來說，卻具有相應(yīng)的空隙，因?yàn)槠涫顷帢O性鍍層，而這些通孔的存在將會加速金屬的腐蝕。相關(guān)研究表明，大多數(shù)金屬的銹蝕都是因?yàn)橥椎脑颉Ｈ绻褂枚鄬与婂兓蛟黾渝冩噷拥暮穸龋m然能夠消除通孔，但是對于非常細(xì)微的通孔卻不能消除，而增加鎳的厚度也會帶來不利影響，即降低其加工性能。提高電鍍鎳層性能的方法可采用鉻酸鹽鈍化，但其會對環(huán)境造成較大的污染。在此情況下使用TiO2-SiO2溶膠-凝膠法對鎳層封孔，需要450 ℃以上熱處理1 h。如果使用防銹油來對電鍍鎳層進(jìn)行處理，雖然能夠防止外界物質(zhì)對鎳層的腐蝕，但是由于防銹油黏度高、油膜厚的特點(diǎn)，會影響到產(chǎn)品后續(xù)的處理。

本文的實(shí)驗(yàn)利用到了硅烷偶聯(lián)劑（KH-550）和有機(jī)-無機(jī)緩蝕劑兩種無鉻鈍化液，使得電鍍鎳層更加鈍化，在實(shí)驗(yàn)中對兩種鈍化液的穩(wěn)定性以及水解過程進(jìn)行觀察，并分析它們的耐腐蝕性以及外貌，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，來得出關(guān)于電鍍鎳層耐腐蝕性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[1]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 電鍍鎳基材的前處理

用Q235B低碳鋼鍍鎳作為基本材料，其尺寸為4 cm× 1 cm，鍍鎳層厚度為21 μm，首先使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸，將其加熱到25 ℃，并且使用超聲除銹2 min，得到蒸餾水；進(jìn)行堿性清洗，溫度為75 ℃，進(jìn)行5 min的活化，最后使用蒸餾水進(jìn)行沖洗并吹干。在這個過程中所使用的材料需要達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求，尤其對于蒸餾水以及溫度的把握不能有差錯。

1.2 鈍化工藝

將純KH-550液輕輕滴到蒸餾水和乙醇的混合溶劑中，其中蒸餾水與乙醇的比例為9∶10，溶劑中KH-550的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%，將溶劑水解10 min，然后放入電鍍鎳件，使用常溫將其鈍化20 s。由5 g/L硫脲、10 g/L六偏硫酸鈉、10 g/L七水硫酸鋅構(gòu)成緩腐蝕劑鈍化液，使用磷酸將其酸堿度調(diào)節(jié)為2.5～3.0，然后將電鍍鎳件放進(jìn)鈍化液中，在30 ℃的溫度下進(jìn)行20 min鈍化，最后在150 ℃環(huán)境中干燥1 min。通過以上兩步的處理，能夠讓電鍍鎳件得到相應(yīng)的鈍化，降低其與空氣中氧氣的接觸，避免發(fā)生更嚴(yán)重的氧化反應(yīng)。電鍍鎳試樣鈍化前后在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%NaCl溶液中的Tafel曲線如圖1所示。

圖1 電鍍鎳試樣鈍化前后在3.5%NaCl溶液中的Tafel曲線

1.3 測試分析

對KH-550和純KH-550水解液的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量，方法如下：將純KH-550液體滴入兩個鹽片之間，使用2 mg的KH-550水解液將200 mg的純KBR研磨均勻，放入模具中，通過壓力將其壓成透明的薄片。在此需要說明的是，所使用的KH-550水解液的濃度需要達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并且所產(chǎn)生的透明薄片需要滿足實(shí)驗(yàn)的要求[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 KH-550的水解狀況

KH-550在水解后形成的紅外光譜在3 364.85 cm處，其﹣NH的特征吸收峰不見，在3 357.41 cm處的Si-OH強(qiáng)峰覆蓋，說明在水解后硅烷偶聯(lián)劑通過化學(xué)反應(yīng)變成了Si-OH。2 974.11 cm處的﹣CH3對稱伸縮振動吸收峰，與 2 927.34 cm-1處的﹣CH2不對稱伸縮振動吸收峰合并為一個峰，其原因是水解反應(yīng)后的硅烷偶聯(lián)劑，其中的﹣OC2H5被﹣OH所取代，內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)有一定的改變，而不是簡單的伸縮運(yùn)動。通過對KH-550紅外光譜的研究，能夠發(fā)現(xiàn)其水解情況。從KH-500的水解情況能夠看出，其化學(xué)性質(zhì)較為活潑，容易與其他液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是在水解后KH-550相對較為穩(wěn)定。KH-550水解前后的紅外光譜如圖2所示。

圖2 KH-550水解前后的紅外光譜

2.2 鈍化液的穩(wěn)定性

KH-550除了會發(fā)生紅外光譜的反應(yīng)外，其在水解的過程中還會存在競爭的縮合變化，也就是Si-OH基團(tuán)間的 ﹣OH反應(yīng)交聯(lián)成Si-O-Si低聚體，當(dāng)硅上的羥基數(shù)量不斷變多時，其交聯(lián)反應(yīng)就會變快，此時可以通過水和乙醇的混合液來制作成相關(guān)的水解液，這樣可以有效降低反應(yīng)速度。需要注意的是，KH-550水解后的溶劑為堿性，通過堿性的催化能夠加劇縮合反應(yīng)的進(jìn)行，并且7 d之內(nèi)水解液都可以儲存[3]。通過提升鈍化液的穩(wěn)定性，能夠有效降低硅的反應(yīng)速度，從而提高其耐腐蝕性，并且經(jīng)過與堿化溶劑相互發(fā)生作用，其水解液能夠保存更長的時間。

2.3 鈍化膜的耐蝕性

鍍鎳層在鈍化處理前后，其服飾電位具有一定的差距，其范圍大約為0.2 V，經(jīng)過鈍化后的電鍍鎳層對陰極具有極大的保護(hù)作用，使得服飾電流的密度以及發(fā)生腐蝕的速度都會大大降低，緩腐蝕在93%以上。這種方法是提高電鍍鎳層耐腐蝕性的有效手段之一，現(xiàn)實(shí)情況表明通過對鍍鎳層進(jìn)行鈍化處理后，能夠有效提高其耐腐蝕性。雖然鈍化處理具有明顯的防腐蝕效果，但是兩種鈍化膜對電鍍鎳層的保護(hù)效果并沒有明顯的區(qū)別。因此無論是從提高電鍍鎳層耐腐蝕性能，還是從保護(hù)電鍍鎳層的角度來說，將鍍鎳層進(jìn)行鈍化是行之有效的方法之一。在進(jìn)行電鍍鎳層耐腐蝕性實(shí)驗(yàn)的同時，需要加強(qiáng)對鍍鎳層進(jìn)行鈍化處理。

2.4 鈍化膜的形貌

電鍍鎳層有其特有的形貌，在對電鍍鎳層進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，電鍍鎳層表面存在許多針孔，這些孔對其耐腐蝕性具有較大的影響，需要采取相應(yīng)的方法對這些孔進(jìn)行填平處理。經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后鍍鎳層的針孔被硅烷膜所覆蓋，有利于防止腐蝕的加劇，但此時鈍化膜并不是非常的均勻。不均勻的鈍化膜也會對電鍍鎳層的耐腐蝕性產(chǎn)生影響，并且鈍化劑雖然能夠有效覆蓋鍍鎳層的空隙，但是對于較小的空隙卻不能覆蓋，最終電鍍鎳層的耐腐蝕性能得到提高。所以在對電鍍鎳層進(jìn)行鈍化的同時，還需要對其表面的空隙進(jìn)行處理，以提高其耐腐蝕性能。

3 結(jié)論

硅烷偶聯(lián)劑KH-550水解后生成了硅醇，硅醇發(fā)生縮合交聯(lián)反應(yīng)，水解液不穩(wěn)定。不穩(wěn)定的水解液不僅不利于長期保存，同時也會對電鍍鎳層的耐腐蝕性能產(chǎn)生影響。因此，提高電鍍鎳層耐腐蝕性的前提之一，就是要提高水解液的穩(wěn)定性。通過觀察得知電鍍鎳層的耐腐蝕性能，在經(jīng)過鈍化后有明顯提升，但是兩種鈍化膜的均勻性卻仍需提升。下一步工作的重點(diǎn)一方面是要提高電鍍鎳層的耐腐蝕性；另一方面，要對鈍化膜的均勻性進(jìn)行研究，以滿足電鍍鎳層的使用需要。

［1］張明康，穆松林，楊鴻斌，等.化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層堿性無鉻鈍化膜的耐蝕性研究［J］.電鍍與涂飾，2015，34（17）：972-977.

［2］鄒敏敏.電鍍鎳層表面無鉻鈍化膜的制備及性能研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2012.

［3］楊春.碳鋼化學(xué)鍍鎳層無鉻鈍化工藝的研究［J］.電鍍與環(huán)保，2018（1）：36-39.

TG174.44

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.061

2095－6835（2019）17－0131－02

〔編輯：張思楠〕