锌铁合金蓝白钝化液的研究

陈 慧，马晓君，李卫东

(武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430073)

锌铁合金蓝白钝化液的研究

陈 慧，马晓君，李卫东*

(武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430073)

研究三价铬蓝白钝化液中配位剂的作用及其用量对钝化效果的影响，得到最佳的配位剂的配比及用量。对在最佳配比和用量条件下得到的钝化层进行耐蚀性检测后，得出满意的结果并符合工业生产的要求。

锌铁合金；三价铬钝化；配位剂

在锌铁合金钝化液中，配位剂的作用是参与形成三价铬的混合配位化合物，影响钝化液的化学动力学稳定性并能控制成膜速度[1]。所以选择适当的配位剂浓度对能否获得优质钝化层的起着决定性作用。本文以钝化层的外观和耐蚀性为指标，对钝化液中配位剂的用量和浓度进行了全面的研究，得到了美观、耐蚀性好的钝化层。

1 实验

1.1 实验材料

实验采用3cmx4cmx3mm表面光滑平整的铁板，这样的铁板面积适当，适合钝化和颜色的观测也易于进行盐雾试验。

1.2 试剂和仪器

试剂：氯化铬(上海展云化工有限公司)，硝酸钠(国药集团化学试剂有限公司)，硫酸盐(国药集团化学试剂有限公司)，金属离子(国药集团化学试剂有限公司)，封闭剂(国药集团化学试剂有限公司)，柠檬酸盐(上海展云化工有限公司)，氯化钠(国药集团化学试剂有限公司)。

仪器：STP-10A/12V.S高频开关电镀电源(广州金顺怡电器制造有限公司)， AHL-90-BS防锈油脂盐雾试验箱(武汉松涛分析仪器有限公司)，电化学工作站(上海辰华仪器公司)。

1.3 工艺流程

除油→清洗→浸蚀→清洗→抛光→清洗→电镀锌铁合金→清洗→出光→三价铬钝化→清洗→吹干。

锌铁合金电镀液采用碱性锌酸盐体系：氧化锌(g/l) 10-20，氢氧化钠(g/l) 120-140，ZF开缸剂(ml/l) 30-50，ZF铁补加剂(ml/) 5-9，ZF添加剂(ml/l) 5-9，ZF光亮剂(ml/l)1-3，阴极电流密度 1-4(A/dm2)。电镀时间为20min。

1.4 配位剂用量实验

经过大量实验确定钝化液组分浓度为：氯化铬(10-22g/l)，硝酸钠(5.5-8.2g/l)，金属离子( 4-8g/l)，封闭剂(7-11g/l)，硫酸盐(3-6g/l)。选柠檬酸盐为配位剂并对它的用量进行正交实验，实验如表1所示：

采用的钝化工艺参数为：钝化时间(s)12-20，pH 1.5-2.0，钝化温度为室温。

表1 配位剂用量实验

1.5 性能检测

1.5.1 外观

采用目测法，以钝化后样品呈蓝色、光亮无明显发雾、颜色均匀为标准。

1.5.2 中性盐雾试验测试

中性盐雾试验测试(NSS)按照国标GB/T6548进行，采用武汉松涛分析仪器有限公司盐雾试验箱。实验溶剂为5%的氯化钠溶液连续喷雾，并按GB5944-86的规定评定。

1.5.3 电化学性能测试

采用上海辰华仪器公司的CHI660C电化学工作站测量钝化膜在3.5%氯化钠溶液下的Tafel极化曲线。

2 实验结果及讨论

配位剂影响成膜，若配位性太强会导致成膜速度慢，膜层薄甚至不能成膜；若配位性太弱会造成钝化液稳定性差，膜层无光泽[2]。选用柠檬酸钠为配位剂后，在其它基础条件不变的情况下改变配位剂浓度得到的钝化层其检测结果如表2所示。

从表2可以看出，随着配位剂浓度的增加钝化膜由淡蓝变为蓝色；钝化膜的耐蚀性随着配位剂浓度的增加先升高后降低。这可能是因为当配位剂浓度较低时配位剂的配位性低，导致成膜速度快从而形成的钝化膜较疏松，并且在镀层表面生成的不溶性锌铬络合物也少所以膜层薄耐蚀性低[3]；当配位剂浓度升高时，配位性适中钝化膜能正常生成、镀层表面形成的络合物也逐渐增加从而形成致密、均匀、厚实的钝化膜耐蚀性好；随着配位剂浓度的进一步增加，配位剂的配位性过强，成膜速度变慢耐蚀性降低[4]。

为了进一步了解膜层性能对上述实验进行 tafel极化分析，得到的结果如表3和图1所示：

表2 配位剂浓度对观和耐蚀性的影响

表3 配位剂浓度对钝化膜腐蚀电位和腐蚀电流密度的影响

图1 tafel极化曲线分析

由图1和表3可知随着柠檬酸钠浓度的增加钝化膜的腐蚀电流密度先降低后升高；腐蚀电位在实验二处较正。虽然实验三的腐蚀电流最低，但由于其腐蚀电位过负所以耐蚀性不如实验二好，这与NSS测试结果一致[5]。

为进一步了解实验二与实验三的钝化层性能，分别进行阻抗谱测试结果如图2所示。

从图2可以看出，实验二的钝化层其阻抗高于实验三，这说明在实验二条件下生成的钝化膜具有更优越的耐蚀性能，这与由tafel极化曲线和NSS测试得到的结果一致。所以当柠檬酸盐浓度在4-6g/l之间时，钝化效果最好。

图2 阻抗谱分析

3 结论

通过正交实验对锌铁合金蓝白钝化液中配位剂的浓度及配比进行研究，当配位剂浓度为4-6g/l时能得到美观、耐蚀性好的钝化层。

[1] 刘烈炜，林恒，赵洲. 三价铬钝化的研究进展[J].材料保护，2006，39(9)：46-48.

[2] 邹锦光，刘建平. 镀锌层的三价铬钝化[J].电镀与涂饰，2005，24(8)：46-48.

[3] 毕四富，李宁，王亚伟. 锌铁合金镀层三价铬黑色钝化工艺研究[J].电镀与环保，2008，28(3)：21-25.

[4] 王云燕，彭文杰，舒余德. Zn-Fe合金镀层黑色钝化工艺研究钝化液组成成分的优化[J]. 电镀与涂饰，2003，22 (5)：126.

[5] 胡立新，兰林，朱中兵. 镀锌层三价铬高耐蚀蓝白钝化工艺研究[J].材料保护，2005，38(7)： 25-28.

The Study of Trivalent Chrome light Blue Passivation for Zn-Fe Alloy Coating

CHEN Hui, MA Xiao-jun, LI Wei-dong
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

This paper studies the function of Cr(Ⅲ) in white-blue passivation solution and different passive result with different dosage, and has obtained the best coordination agent ratio. We test corrosion preventive of passivation layer at best ratio and use level, the outcome is satisfactory and has reach industrial requirement.

Zinc Alloy; Trivalent Chromium Passivation; Complexing Agent

TQ153

A

1009－5160(2011)06－0055－03

*

李卫东（1963-），男，副教授，研究方向：应用电化学.

纺织工业协会指导性项目(2007121).