電鍍金屬表面鈍化研究進(jìn)展

楊錦珍 汪汝杰 丁晨錦 趙綺婷 楊富國(guó)

摘要：主要從無(wú)機(jī)鈍化、有機(jī)鈍化、無(wú)機(jī)與有機(jī)化合物復(fù)合鈍化的三大方面闡述國(guó)內(nèi)電鍍金屬表面鈍化處理的研究進(jìn)展，分析其工藝的應(yīng)用場(chǎng)景，包括應(yīng)用于鈍化的金屬、工藝條件、鈍化的成膜性、鈍化膜的耐腐蝕的性能與鉻酸鹽鈍化的膜的性能還存在哪一方面的差距，指出每種鈍化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合每種材料的特性和處理工藝指出未來(lái)鈍化的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：金屬;無(wú)機(jī)鈍化;無(wú)機(jī)與有機(jī)化合物復(fù)合鈍化

酸性鉻酸鹽鈍化是隨著化學(xué)科技發(fā)展，不斷在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛引用的一項(xiàng)化學(xué)技術(shù)。這項(xiàng)化學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)原理，是金屬和鉻酸鹽鈍化劑之間發(fā)生的表面溶解反應(yīng)。一方面，溶解反應(yīng)后獲得的金屬鉻化物，會(huì)形成沉淀，進(jìn)而完成金屬的脫離剝落。另一方面，沉淀后會(huì)形成一個(gè)以三價(jià)鉻化合物為核心結(jié)構(gòu)的外鍍膜層。這一膜層結(jié)構(gòu)能夠提升金屬的耐腐蝕性。然而這一技術(shù)有一項(xiàng)致命性的缺陷，那就是過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生少量的六價(jià)鉻，這種物質(zhì)具有嚴(yán)重的致癌性和污染性。因此，這一技術(shù)正處于限制使用的過(guò)程中。本研究提出無(wú)機(jī)鈍化、有機(jī)鈍化和兩者復(fù)合鈍化三種方式的電鍍鈍化形式，研究無(wú)鉻鈍化技術(shù)工藝。

1 無(wú)機(jī)鈍化的研究進(jìn)展

無(wú)機(jī)鈍化采用的方式為鉬酸鹽鈍化膜。其形式和結(jié)構(gòu)上與鉻酸鹽鈍化膜相似。這種鈍化工藝的結(jié)構(gòu)形成方式為滾涂。具體化學(xué)工藝制劑成分及含量為：鉬酸鈉10g/L、磷酸5mL/L、硝酸4mL/L、羥基乙叉二膦酸（HEDP）4g/L。該項(xiàng)鈍化工藝需求的鈍化溫度為40℃，鈍化所需時(shí)間僅為30s。鈍化完成后，需要進(jìn)一步進(jìn)行烘干工藝的操作。烘干溫度為70℃，進(jìn)行烘干時(shí)長(zhǎng)為15min。這項(xiàng)無(wú)機(jī)鈍化研究工藝進(jìn)行鈍化處理后，會(huì)在金屬的表面形成鈍化膜耐白銹。白銹從成型到最終鈍化時(shí)間結(jié)束，接近24個(gè)小時(shí)。但是鉬酸鹽鈍化膜的研究，沒(méi)有完全解決鈍化問(wèn)題，仍存在著工藝缺陷。最大的問(wèn)題在于其膜體容易出現(xiàn)裂紋。無(wú)法形成完整的轉(zhuǎn)化膜，提供鈍化保護(hù)。因此，在工藝應(yīng)用過(guò)程中，需要配合使用其他的無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)化合物。

另外的無(wú)機(jī)鈍化方式為稀土金屬鹽轉(zhuǎn)化膜。這種無(wú)機(jī)鈍化方式已經(jīng)取得一定的研究進(jìn)展。具體工藝操作及原理為當(dāng)鍍鋅層在鈰鹽溶液中預(yù)處理時(shí)，發(fā)生鋅的陽(yáng)極溶解和分子氧的陰極還原。溶液終會(huì)游離Ce3+并附著于金屬表面，完成氫氧化鋅鈍化膜在金屬基體表面沉積。沉積物最終完成氧化鋅膜。這種方式形成的轉(zhuǎn)化膜膜層較厚，能夠很好地實(shí)現(xiàn)鈍化作用，保護(hù)金屬。

2 有機(jī)鈍化的研究進(jìn)展

有機(jī)鈍化研究，主要是針對(duì)雙硅烷鈍化液的金屬鈍化效果的研究。研究過(guò)程通過(guò)雙硅烷鈍化液對(duì)熱鍍鋅板的處理，進(jìn)行鈍化膜效果的研究。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這一工藝效果非常突出，能夠形成均勻、連續(xù)、致密的鈍化膜。成膜后的金屬在腐蝕試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)96小時(shí)的腐蝕處理，腐蝕面占總面積比值僅有2%～4%。這項(xiàng)工藝的有機(jī)制劑配置及含量為：2%～4%硅烷偶聯(lián)劑KH-560，1%～2%硅烷偶聯(lián)劑KH-570，1%～1.5%氟鈦酸，20%～25%苯丙乳液，0.1%～1.5%偏釩酸銨，0.2%封閉劑。鈍化所需溫度為150℃。需要鈍化時(shí)間約為60秒。同時(shí)，要保證鈍化液的鈍化pH值保持在5.0左右。

3 無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合鈍化的研究進(jìn)展

無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合鈍化研究，目前有多種鈍化形式。其中發(fā)展較多，同時(shí)研究方向較為集中的為鈦、鋯化合物以及硅烷復(fù)合物的鈍化研究。這種方式受到研究者青睞的原因是由于鈦、鋯化合物成膜與硅烷偶聯(lián)劑作用，可以增加金屬氧化物形成后的附著力，同時(shí)可以提升金屬膜的均勻性。因此，目前形成的鈦、鋯化合物—硅烷復(fù)合鈍化方式有很多成熟的配方和案例。其中較為成功的一種鈍化配方成分及含量為：γ—縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.2%～20.0%、交聯(lián)劑聚乙烯醇0.0%～1.0%、碳酸鋯銨0.1%～3.0%，其余質(zhì)量占比為水。該項(xiàng)鈍化工藝需要將以上配比形成的鈍化液完成金屬表面的液涂，并進(jìn)一步進(jìn)行烘烤。烘烤后所得的鈍化膜層重量約為0.2～2.0g/m2。鈍化膜成膜性突出，能夠獲得良好的耐腐蝕性。

除此之外，利用樹(shù)脂添加無(wú)機(jī)鹽的無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合鈍化研究也有很多。并且通過(guò)兩種物質(zhì)的復(fù)合，形成的鈍化膜抗腐蝕效果通常較為完好。例如將丙烯酸樹(shù)脂作為樹(shù)脂添加無(wú)機(jī)鹽的無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合鈍化主成膜劑進(jìn)行成膜。無(wú)機(jī)鹽選擇硅烷偶聯(lián)劑。將其應(yīng)用于金屬鈍化采用的工藝配方及含量為丙烯酸樹(shù)脂20～30mL/L，鉬酸鹽1～2g/L，磷酸鹽0.1～0.5g/L，改性硅烷偶聯(lián)劑5～10mL/L。這種工藝的成膜條件，同樣需要準(zhǔn)確控制pH值，要確保其在3.0～4.0范圍內(nèi)。鈍化成膜溫度為40℃，所需時(shí)長(zhǎng)約為1分鐘。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)鍍金屬完成的金屬鈍化處理研究，對(duì)于金屬的抗腐蝕應(yīng)用來(lái)說(shuō)具有重要的意義?；谒嵝糟t酸鹽鈍化具有重大缺陷這一前提，進(jìn)行的無(wú)機(jī)鈍化、有機(jī)鈍化、無(wú)機(jī)與有機(jī)化合物復(fù)合鈍化研究，是重要的金屬表面鈍化處理研究進(jìn)展。本文總結(jié)了這三種方式的成膜配方以及具體含量。分析三者之間的差異性、環(huán)境需求等。希望借此提升我國(guó)電鍍金屬表面鈍化的研究進(jìn)展，提升其具體應(yīng)用，保證金屬的抗腐蝕效果。

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作者簡(jiǎn)介：楊錦珍（1999—），女，廣東人，本科，研究方向?yàn)樗幚砑夹g(shù)。

*通訊作者：楊富國(guó)。