溫度對鍍錫板表面無鉻鈍化效果的影響

周紀(jì)名

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

引 言

目前，國內(nèi)鍍錫板鈍化工藝大多采用重鉻酸鈉溶液，鈍化過程引入劇毒的六價(jià)鉻，不利于環(huán)保。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，鉻酸鹽鈍化工藝終將被無鉻鈍化工藝取代。鈍化膜的結(jié)構(gòu)和特性對于鍍錫板的各項(xiàng)抗性和耐蝕性有重要影響，而在鈍化過程的工藝參數(shù)，是決定鈍化膜結(jié)構(gòu)和特性的關(guān)鍵因素。本文在無鉻鈍化液濃度、干燥溫度和時(shí)間參數(shù)固定的情況下，在不同鈍化溫度下，對比分析了鍍錫板的微觀形貌、抗性和耐蝕性，確定了無鉻鈍化的最佳溫度。隨著鈍化溫度的升高，鍍錫板性能變化規(guī)律為先升高后降低，鈍化溫度為35 ℃時(shí)鈍化效果最好。

1 鈍化溫度單因素實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)研究方案

無鉻鈍化實(shí)驗(yàn)基板材料選擇某鋼廠提供的未鈍化鍍錫板，牌號為MR T-2.5 BA，鍍層選擇2.8/2.8，鈍化液采用漢高公司提供的無鉻鈍化稀釋液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鈍化液濃度通過稀釋比例進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)刮棒涂覆進(jìn)行，鈍化溫度控制采用水浴鍋加熱，具體實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

表1 鈍化溫度單因素實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)方案確定后，分別在5種溫度下進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)涂覆2塊樣板，一塊用于測定抗酸抗硫附著力性能，一塊用于進(jìn)行電化學(xué)耐蝕性、SEM、XPS、GDS等檢測，最終根據(jù)樣板性能確定無鉻鈍化最佳溫度。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1.2.1 微觀形貌檢測結(jié)果

在20 000倍下觀察樣品表面微觀形貌，確定無鉻鈍化膜的形貌和主要沉積位置，大致判斷鈍化膜的均勻性和厚度。各樣板的微觀形貌如圖1所示。

圖1 鍍錫板鈍化膜微觀形貌

由圖1可以看出，樣板在20 000倍放大倍數(shù)下可以觀察到明顯的鈍化膜沉積位點(diǎn)，根據(jù)能譜顯示元素看，該物質(zhì)中含有Ti、P、Mn、Si、F等特征元素。45 ℃時(shí)，特征元素含量較其他溫度時(shí)更高。

1.2.2 抗酸抗硫檢驗(yàn)結(jié)果

從圖2、表2抗酸抗硫結(jié)果中可以看出，鈍化溫度為35 ℃時(shí)鈍化效果最好。當(dāng)鈍化溫度為25 ℃、30 ℃時(shí)，樣板抗酸抗硫性能均最差，出現(xiàn)不同程度的起泡和黑斑現(xiàn)象。

圖2 鍍錫板抗酸抗硫?qū)嶒?yàn)結(jié)果

表2 鍍錫板抗酸抗硫?qū)嶒?yàn)結(jié)果

1.2.3 附著力性能檢驗(yàn)結(jié)果

從圖3、表3附著力性能結(jié)果可以看出，樣板的附著力性能均較好，沒有出現(xiàn)明顯的漆膜脫落現(xiàn)象。

圖3 鍍錫板附著力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 附著力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2.4 電化學(xué)耐蝕性檢驗(yàn)結(jié)果

無鉻鈍化實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用電化學(xué)工作站進(jìn)行耐蝕性檢驗(yàn)，通過塔菲爾曲線和交流阻抗來綜合評定樣板的耐蝕性，確定無鉻鈍化最佳溫度。

1.2.5 交流阻抗測試

實(shí)驗(yàn)對5個(gè)樣品全部進(jìn)行交流阻抗曲線測試，并選取生產(chǎn)線上鉻酸鹽鈍化樣品作為比較，交流阻抗譜如圖4所示。

圖4 無鉻鈍化和鉻鈍化鍍錫板交流阻抗曲線

根據(jù)曲線的容弧抗半徑比較樣品的耐蝕性可以看出，3號樣品的容弧抗半徑最大，耐蝕性最好，其次是2號樣品；4號樣品容弧抗半徑最小，耐蝕性最差。因此，耐蝕性由優(yōu)到劣順序?yàn)?>2>1>5>Cr>4。

1.2.6 塔菲爾曲線測試

樣品的耐蝕性要綜合交流阻抗譜圖和塔菲爾極化曲線綜合評定，5個(gè)樣品的塔菲爾極化曲線如圖5所示。塔菲爾曲線中曲線尖端對應(yīng)的即為腐蝕電位，腐蝕電位的大小可以作為耐蝕性的參考。腐蝕電位越高，表明樣品越不易腐蝕。

圖5 無鉻鈍化和鉻鈍化鍍錫板塔菲爾曲線

根據(jù)曲線尖端對應(yīng)的腐蝕電位大小判斷腐蝕進(jìn)行的難易程度?？梢钥闯觯鱾€(gè)樣板的塔菲爾曲線差別不大，2號樣品的腐蝕電位最大，腐蝕不易進(jìn)行，耐蝕性最好，其次是5號樣品；Cr樣品和4號樣品的腐蝕電位比較接近且較小，耐蝕性相近。因此，參考腐蝕電位大小，樣品耐蝕性由優(yōu)到劣順序?yàn)?>5>3>1>4≥Cr。

根據(jù)塔菲爾曲線中腐蝕電位的大小并不能完全說明樣品的耐蝕性，還要綜合塔菲爾曲線得到的腐蝕電流，腐蝕電流表征的是腐蝕進(jìn)行的速度，腐蝕電流越小表示樣品的耐蝕性越好。本實(shí)驗(yàn)所有樣品的腐蝕電位和腐蝕電流數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 鍍錫板的腐蝕電位和腐蝕電流

根據(jù)腐蝕電流的大小判斷耐蝕性，樣品的耐蝕性由優(yōu)到劣的順序?yàn)?>2>1>5>4。參照前期實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕電位僅僅是一個(gè)熱力學(xué)指標(biāo)，且差距不大，因此主要參照腐蝕電流數(shù)據(jù)，最終綜合交流阻抗、腐蝕電位和腐蝕電流，評定5塊樣板的耐蝕性順序?yàn)?>2>1>5>4。

2 結(jié)果及討論

1) 其他因素不變時(shí)，鈍化液在35 ℃時(shí)鈍化效果最好。

2) 隨著鈍化溫度的升高，鍍錫板性能變化規(guī)律為先增加后降低。這是由于，鈍化溫度較低時(shí)，鍍錫板表面反應(yīng)速度慢，膜的生長速度慢，反應(yīng)未進(jìn)行充分便進(jìn)入固化階段；而當(dāng)一定程度提高溫度后，反應(yīng)速度加快，膜沉積速度增加，可以快速增加膜厚，改善成膜質(zhì)量；當(dāng)溫度過高時(shí)，成膜速度雖然增加，但此時(shí)的膜溶解速度也大大增加，反而降低了鈍化膜的耐蝕性。