淺談鍍鋅無鉻鈍化工藝

鄭志凌

(福建省福州市第一中學(xué),福建福州 350100)

淺談鍍鋅無鉻鈍化工藝

鄭志凌

(福建省福州市第一中學(xué),福建福州 350100)

本文綜述了鍍鋅鈍化工藝的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展,由傳統(tǒng)的含鉻鈍化工藝談起,闡述其成膜機(jī)理并說明固有弊端,其后介紹了鉬酸鹽與鎢酸鹽、稀土鹽和復(fù)合鈍化等無鉻鈍化工藝的流程與鈍化方式,著重說明其環(huán)境保護(hù)意義以及工藝流程,突出體現(xiàn)無鉻鈍化工藝相較于傳統(tǒng)工藝的不同點(diǎn)與必要性。同時(shí)在文末展望了無鉻鈍化工藝的前景。

無鉻 表面鈍化 鍍鋅 研究

1　前言

鍍鋅是指為了防止金屬或者合金材料表面腐蝕而在其表面鍍一層鋅以起防銹防腐蝕作用的表面處理技術(shù)。金屬鋅相對(duì)于大多數(shù)的鋼鐵材料，腐蝕電位相對(duì)較低，當(dāng)鋼鐵基體發(fā)生腐蝕時(shí)，鋅能夠作為陽(yáng)極優(yōu)先溶解，從而保護(hù)鋼鐵基體。[1]然而，作為一種化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬，電鍍后的鋅層若不經(jīng)過妥善的處理，在潮濕環(huán)境下，尤其易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，從而在表面形成一層主要成分為堿式碳酸鋅的白色的腐蝕產(chǎn)物。因此，為了提高鍍層的抗蝕能力，延長(zhǎng)其使用壽命，鍍件在鍍鋅后處理的重點(diǎn)就在于鍍層的鈍化工序。但是，在一般的工業(yè)生產(chǎn)過程中，鈍化工序往往是大量使用一類污染物鉻酸鹽作為鈍化液，其含有的的Cr6+離子不僅對(duì)水污染嚴(yán)重，同時(shí)危害人類健康。因此，在鋅的鈍化工藝中，逐步推行清潔環(huán)保的生產(chǎn)工藝，用更加環(huán)保的鈍化液代替含鉻酸鹽的鈍化液，已經(jīng)成為一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。

2　鍍鋅鈍化方法概述

2.1傳統(tǒng)含鉻鈍化

傳統(tǒng)的含鉻鈍化工藝所包含的種類繁多，按鈍化膜顏色可大體上可以劃分為藍(lán)白色鈍化、軍綠色鈍化、彩虹色鈍化、金黃色鈍化、黑色鈍化等。從成膜機(jī)理上來看，這些工藝基本是相似相同的，方法均為通過六價(jià)鉻作為基本成膜物質(zhì)而生成含鉻鈍化膜保護(hù)鍍鋅層，其不僅有十分良好的的耐腐蝕能力，更具有自愈性，在膜層破損后可快速自我修復(fù)。但由于六價(jià)鉻對(duì)人體有致癌作用，先今已多被三價(jià)鉻鈍化法所替代。

三價(jià)鉻鈍化法則主要是通過將鋅溶解為鋅離子導(dǎo)致表面溶液的pH值上升，其后三價(jià)鉻直接與鋅離子、氫氧根反應(yīng)生成不溶性的化合物附著在鋅層表面，成為鈍化膜，其鈍化膜的外觀與耐腐蝕性與六價(jià)鉻鈍化膜相當(dāng)，但其不具備自愈能力，一旦破損很快即被腐蝕。但總體上鉻元素仍然存在，對(duì)環(huán)境的危害不容小覷。因此，雖然鉻酸鹽鈍化工藝具有品種多樣、流程成熟、費(fèi)用低廉和成膜優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)，但考慮到其對(duì)環(huán)境的污染，以及對(duì)人體健康的傷害，含鉻鈍化的發(fā)展必然將受到限制。

2.2鉬酸鹽與鎢酸鹽鈍化

鉻、鉬和鎢同屬于VIA族，因而具有相似的性質(zhì)，不僅這兩者鈍化膜性能接近鉻酸鹽鈍化膜性能，而且由于鉬與鎢的低毒因而在金屬表面鈍化方面?zhèn)涫荜P(guān)注。在1939年首次發(fā)現(xiàn)鉬酸根有抑制腐蝕的效應(yīng)[2]，隨后在1951年也對(duì)鎢酸鹽進(jìn)行了類似的研究。在金屬鈍化過程中，鉬酸鹽與鎢酸鹽能夠促進(jìn)與加快成膜速度及提高腐蝕性。目前，這兩種鈍化處理已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，這種工藝最大的特點(diǎn)在于鍍液不含鉻對(duì)環(huán)境污染小，廢液易處理，但缺點(diǎn)是不具備自愈能力，且對(duì)鍍鋅層不具備化學(xué)拋光作用，使得美觀性下降。

2.3稀土鹽鈍化

稀土鈍化工藝是一種近年興起的處理方法，具有成膜易和效果好的特點(diǎn)。其鈍化過程相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，通過將鍍層浸泡于含稀土離子的溶液中，或?qū)㈠兗鳛殛帢O通電極化，即可在其表面形成稀土鈍化膜。在對(duì)于鍍鋅層的鈍化上，其效果總體優(yōu)于鉬酸鹽處理效果。稀土鹽鈍化保護(hù)的方式是，通過稀土氧化物或氫氧化物在鍍層表面沉積，阻礙陽(yáng)極性鍍層的溶解過程，從而顯著延長(zhǎng)了陰極保護(hù)時(shí)間。另一方面，鍍層上稀土轉(zhuǎn)化膜的存在，延緩了在金屬表面和溶液之間的氧氣和電子的傳遞和轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致了金屬腐蝕效率的降低。在一定條件下，也可看作是一種陰極和陽(yáng)極共同抑制所起作用的結(jié)果。[3]可以看出，稀土鈍化工藝具有鈍化膜更好、無毒、無污染的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上可以替代傳統(tǒng)的鉻酸鹽鈍化，具有良好的發(fā)展前景。

2.4有機(jī)鈍化

研究表明，將某些有機(jī)化合物用于鍍鋅層的鈍化處理，可明顯提高鍍鋅層表面的抗腐蝕性。[4]經(jīng)過有機(jī)類化合物處理的鍍件，能夠在鍍鋅層表面形成有機(jī)保護(hù)膜，從而起到緩蝕作用。目前具有應(yīng)用前景的主要有有機(jī)酸類(植酸，單寧酸等)和樹脂(環(huán)氧樹脂等)，其中植酸運(yùn)用最為廣泛。植酸也稱作肌醇六磷酸脂(C6H18O24P6)，植酸的鈍化機(jī)理是通過絡(luò)合作用從而形成多個(gè)螯合環(huán)，以起到抗腐蝕的作用，是鍍層表面鈍化處理的理想螯合劑和優(yōu)良緩蝕劑，經(jīng)過植酸處理的鍍件的抗腐蝕性將會(huì)顯著提高。

3　結(jié)論及展望

傳統(tǒng)的鈍化處理大多以鉻酸和鉻酸鹽等六價(jià)含鉻化合物為處理劑，經(jīng)過處理的金屬表面上形成的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜對(duì)基體金屬具有良好的防腐蝕作用。[5]然而，隨著當(dāng)今各國(guó)越來越意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，含六價(jià)鉻的鍍鋅工藝將順著時(shí)代潮流被逐漸取代是必然趨勢(shì)。因此，目前主要有兩條途徑來取代原有的工藝，其一為通過使用化學(xué)方法將含有六價(jià)鉻的鈍化劑還原為低鉻的鈍化工藝。另一條途徑則為鍍鋅無鉻工藝，意在通過將關(guān)注點(diǎn)聚焦在運(yùn)用與鉻同屬一族的鉬與鎢的鹽，以及通過硅酸鹽、稀土鹽以及有機(jī)物來實(shí)現(xiàn)鍍鋅鈍化的工藝。雖然，單純的鉬酸鹽，硅酸鹽鈍化膜的耐腐蝕性與傳統(tǒng)的鉻酸鹽鈍化膜還存在一定的差距，但是通過利用鉬酸鹽，硅酸鹽等混合配方，借助分子間的協(xié)同緩蝕作用可以有效提高耐腐蝕效率[6]，因此鍍鋅無鉻工藝的前景十分充滿希望，混合鈍化液已經(jīng)逐漸成為其主要發(fā)展方向。

[1]沈品華,屠振密.電鍍鋅及鋅合金[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995.

[2]Robertson W D. Molybdate and tungstate as corrosion inhibitor and the mechanism of inhibition [J].Journal of the Electrochemical,1951.

[3]Hinton B R W,Wilson L.The corrosion inhibition of Zine with cerous chlorid [J].Trans M F,1997.

[4]林恒.畢業(yè)論文.鍍鋅層三價(jià)鉻彩色鈍化的研究[J].2008.

[5]黃興海.畢業(yè)論文.環(huán)保型鍍鋅層三價(jià)鉻鈍化液的研究[J].2006.

[6]梁?jiǎn)⒚?張麗娜.鍍鋅層單寧酸鈍化[J].電鍍與精飾,1986;(1).

鄭志凌(1998—),男,福建福州人,漢族,福州一中在讀學(xué)生。