攀 鋼 技 術(shù) - 5 - 單寧酸 熱鍍鋅板表面的 防腐 性能 研究 許哲峰 （ 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司 ） 摘 要 :通過 對 鍍鋅板鋅層表面制 得的 單寧酸 - 層試樣 的涂層結(jié)構(gòu)分析和防腐性能研究 ， 探討了固化溫度、溶液 和膜層厚度對涂層耐蝕性能的影響關(guān)系。 試驗結(jié)果表明 鋼板 的固化溫度 和單寧酸 液的 對膜層 腐蝕性 能影響較大， 單寧酸 液 在 3 時 及鋼板固化溫度（ 6080 范圍 時 單寧酸 耐腐蝕性能 最 佳。 關(guān)鍵詞 : 熱鍍鋅鋼板； 單寧酸 液；電化學(xué)行為；抗腐蝕性能； 紅外及紫外分析 0 引言 鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜 具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的附著性， 在工業(yè)生產(chǎn)中鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜已被廣泛應(yīng)用于鋅 層及熱鍍鋅板 表面處理，如 在 汽車，建筑結(jié)構(gòu)及家用電器等 行業(yè)中使用廣泛 。 低廉的價格也是鉻酸鹽廣泛應(yīng)用的一個有利優(yōu)勢。 然而， 由于人們對環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)， 鉻酸鹽鈍化工藝已經(jīng)開始被禁止使用。 在鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜中含有的六價鉻對人體有 致癌變 的不利影響，并且污染環(huán)境， 聯(lián)溴多苯醚等 被認(rèn)為是致癌物質(zhì) 。歐洲監(jiān)管的“ 報廢汽車指令 ”（ “ 電子、電器產(chǎn)品限制 有害物質(zhì)使用 條令 ”（ 令）均明令禁止使用 。 許多能夠用于金屬表面處理替代 酸性金屬物質(zhì) 被成功用于熱鍍鋅層表面防腐， 如 鈦、鋯、鉬酸等 。此外，一些有機(jī)物化合物也被用來作為 化膜的替代物質(zhì)。這些 不同 類型 的替代涂層 所 具有的 重要特征之一就是能夠抑制 金屬表面銹蝕，為金屬提供保護(hù) 。 有關(guān)單寧酸作為鋼鐵腐蝕抑制劑及作用效果的若干論文已發(fā)表 1 4等人用無水乙醇和異丙醇為有機(jī)溶劑的磷酸和單寧酸基礎(chǔ)混合物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行研究。在他們的工作中，用 譜對熱鍍 鋅層處理前后的銹層結(jié)構(gòu)形貌的轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析研究。 筆者 研究的目的是驗證單寧酸 - 層在熱鍍鋅板表面 防腐蝕 性能 的 優(yōu)異， 同時對研究方法和研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié) 。 1 試驗 層準(zhǔn)備 用于鋅層試樣表面的單寧酸單體化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖 1 所示。 圖 1 單寧酸單體結(jié)構(gòu)式 單寧酸在室溫條件下溶解于水中，濃度在（ 504000） 10后，加入 的 迅速攪拌成均勻 相溶液。溶液的 控制在 27 范圍內(nèi) ， 在這里， 改善涂層的耐腐蝕 性和促進(jìn) 處理液成分 相互交聯(lián)作用的物質(zhì) 3同時，溶液中硅溶膠的加入對涂層起提高成膜性和降低鍍鋅層表面涂層固化溫度的作用， 硅溶膠還能起到抑制鍍鋅層黑變腐蝕的 特性 。 在 試 驗中使用的 試樣基板為工業(yè) 生產(chǎn) 的光整 熱浸鍍鋅鋼板 ， 試樣基板先經(jīng)脫脂 液脫脂， 再用 蒸餾水徹底清洗， 除 去 試樣表面的 灰塵和油污 ，然后，用 60 烘箱將試樣烘干，徹底除去水 分 。 將試樣 O H O H O O H H O H - 6 - 2010 年第 33 卷第 5 期 放入事先準(zhǔn)備好的 不同 （ 27）的 單寧酸 /鈦復(fù)合溶液中浸泡 1 s， 然后在 0100 的溫度范圍內(nèi)遞增 進(jìn)行烘干固化， 試樣表面復(fù)合膜層固化后，將各種 試樣 剪切成 規(guī)格為 75 50 研究的試樣膜層厚度范圍為 580650 mg/ 1 個脫脂清洗后的熱鍍鋅裸板試樣為參比試樣。 試驗 方法 熱鍍鋅板表面涂層表面形貌用掃描電鏡 層中有效成分采用紅外光譜、紫外可見光譜進(jìn)行分析 。 涂層的耐蝕性能測試包括 5%液中性鹽霧試驗和電化學(xué)行動電位極化曲線和 Ep/t 曲線 試驗。其中鹽霧試驗使用無錫蘇南試驗設(shè)備公司生產(chǎn)的 鹽霧試驗箱中按 134481992 中規(guī)定要求進(jìn)行（連續(xù)噴霧）。電化學(xué)極化曲線和 Ep/化學(xué)測 試系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)測試，該系統(tǒng)由 電位儀， 相放大器、計算機(jī)以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、分析軟件組成。試驗在室溫條件下進(jìn)行，掃描速度為 0.5 mV/s，參比電極 裝有 液的電解池中對密封好的試樣進(jìn)行動電位極化測量，試驗數(shù)據(jù)由件自動記錄并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算出 2 試 驗 結(jié)果與討論 層 微觀結(jié)構(gòu) 及組成 使用 掃描 電鏡 外光譜和紫外光譜對制得的鈍化膜層進(jìn)行微區(qū)形貌結(jié)構(gòu) 及組成進(jìn)行 分析，分析結(jié)果分別 見 圖 2、 圖 3。 圖 2（ a）和（ b）中 分別 顯示 單寧酸 - 層形態(tài) 。由圖 2 可以看出，涂覆單寧酸 - 層試樣的表面形貌與裸鍍層試樣表面形貌相差 很明顯 ， 膜層不呈晶粒狀 分布，而是 均勻 、致密地 覆蓋在鋅層表面 ， 說明涂層的 遮蓋性 及附著性 較好。 (a)單寧酸 I (b)裸鋅層 圖 2 涂層試樣微區(qū)形貌 圖 3 顯示與單寧酸標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖相似的紅外光譜曲線圖。圖中曲線的最強(qiáng)峰出現(xiàn)在 3 0003 500 ， 是由 生的伸縮振動峰； 1 500 C 鍵彎曲振動產(chǎn)生的結(jié)果，而 1 710 的峰是由 C=O 基團(tuán)伸縮振動產(chǎn)生的。 圖 4 顯示了鈦離子在 19 800 有最大的吸收 峰 的 紫 外 可 見 光 譜 圖 ， 由 公 式 換 算1/1980005 知 05 以上光譜分析結(jié)果表明該基板表面被單寧酸和鈦涂層完全覆蓋。 電化學(xué)研究 通過對不同單寧酸 線趨勢如圖 5所示。圖 5中極化曲線分布趨勢顯示腐蝕電位隨著膜層厚度的增加而逐漸升高，裸板的 457 層厚度 580 mg/84 600 mg/93 620 mg/10 就是說，腐蝕電位與熱鍍鋅板表面的單寧酸 板的腐蝕電位是最低的，膜層厚度為620 mg/ 圖 6中分別顯示的是不同膜層厚度（ 620， 600，580 ， 0 mg/樣浸泡在 48、 72和 96 Ep/t）之間關(guān)系的曲線圖。根據(jù)曲線的走勢，可以得出點(diǎn)蝕電位 這些曲線能清楚地看出鍍鋅板表面膜層厚度在 600 mg/a） （ b） 電子圖像 1 100m 100m 電子圖像 1 攀 鋼 技 術(shù) - 7 - 圖 3 熱鍍鋅層表面 單寧酸 圖 4 熱鍍鋅層表面 單寧酸 圖 5 熱鍍鋅層表面不同厚度 單寧酸 .5 g/耐腐蝕性能研究 使用中性鹽霧試驗評價不同 圖 7可以看出，當(dāng) 和 3時，涂層試樣在鹽霧環(huán)境中產(chǎn)生白銹所需的時間最長，即耐蝕性能最好。通過添加單寧酸來調(diào)整溶液的 寧酸添加越多，溶液的酸度越大，其熱鍍鋅板涂層耐蝕性能也隨之呈增加的趨勢。但是 以后，即使溶液的 試樣表面出白銹時間沒有任何增加了。因此，這可以得出當(dāng)單寧酸達(dá)到某一個數(shù)量，如 后，其耐蝕性能不增加，反而降低。并 且如果添加過多的單寧酸也是一種浪費(fèi)。溶液中加入 4%單寧酸時溶液的 。而沒有涂層的熱鍍鋅板的耐白銹時間只有 10 h，所有涂覆了單寧酸 - 圖 6 不同 單寧酸 - p/為了使涂層達(dá)到最佳效果，將涂層在不同溫度下進(jìn)行固化烘干，圖 8 顯示鹽霧試驗時間最長試樣涂層的固化溫度為 6080 。也就是說，要達(dá)到最好的耐蝕性能涂層的固化溫度范圍為 6080 。 圖9 顯示的是通過鹽霧試驗評價 在 0 條件下烘干 20 s 的涂層試樣的照片，鹽霧試驗 (行72 6 試樣的腐蝕面積分別達(dá)到 2%和 5%。因此， 涂覆 單寧酸 層的 熱鍍鋅板表面具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，與 層熱鍍鋅板的耐蝕性能相當(dāng)。 圖 7 不同溶液 的熱鍍鋅板涂層的鹽霧試驗結(jié)果（ 0 ） 20 40 60 80 100 120- 700- 600- 500- 400- 300- 200- 1000100點(diǎn)蝕電位/ / 620m g / 2 / 600m g / 2 / T A ( 580m g / m2) 10 3/ 4 3 2 1 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 透射率/%吸光度A 數(shù) 10 4/ 0510152025303540出白銹時間/ 3 4 5 6 7溶液10 1 1 1 1 1- 1. 0- 0. 50. 00. 51. 01. 52. 0E/ i / ( A. c m 2)0 - 2010 年第 33 卷第 5 期 圖 8 熱鍍鋅板膜層不同 的鹽霧試驗結(jié)果（ ） 3 結(jié)論 涂層中含有單寧酸和 成分能為熱鍍鋅板表面提供良好防腐保護(hù)。試驗研究表明，通過增加單寧酸在涂料中的組分含量，提 高涂層溶液的酸度，從而提高涂層保護(hù)能力。即膜層厚度為 600 mg/單寧酸 液 3 和鋼板固化溫度（ 6080 時單寧酸 但是 超過某一值后，繼續(xù)增加溶液的酸性，涂層的耐蝕性能不再增加。 72 h） 96 h） 圖 9 鹽霧試驗 72、 96 h 試驗結(jié)果照片 參考文獻(xiàn) 1 陳錦虹，盧錦堂，許喬瑜 ,等 涂層的耐蝕性 . 材料保護(hù) ,2002， 35(8)： 292 孔綱，盧錦堂，陳錦虹 ,等 材料保護(hù) ,2001， 34(11)： 73 梁啟民，張麗娜 . 鍍鋅層單寧酸鈍化 1986(1)： 264 G, N， et of 2005 (47)： 709722. 5 . of 1989， 29(8)： 9