基本信息
- 项目名称：
- 锌镀层的无铬蓝白钝化液及钝化工艺的开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目为解决电镀锌材料的传统铬酸盐钝化工艺对人和环境造成严重危害的问题，探索了一种耐蚀性能好又对环境友好的镀锌层无铬钝化处理工艺。采用钼酸钠与有机酸复配，该钝化液稳定性好且成本较低，钝化处理工艺简单，能够在镀锌钢板上形成光亮均匀的蓝白钝化膜。通过测试发现钝化膜性能优异。该钝化工艺有望替代严重污染的六价铬钝化工艺。
- 详细介绍：
- 本项目为解决电镀锌材料的传统铬酸盐钝化工艺对人和环境造成严重危害的问题，探索了一种耐蚀性能好又对环境友好的镀锌层无铬钝化处理工艺。 主要研究内容： 1镀锌液组成及镀锌工艺的确定 通过查阅电镀手册，找到了实验中可行的碱性镀锌工艺，通过赫尔槽实验、单因素分析实验等，确定了较优的镀锌工艺。 2 无机钝化体系的研究 (1) 熟悉实验研究过程，先以单一无机钝化体系作为研究对象，通过查阅文献，对钼酸盐、硅酸盐、钛盐、稀土金属盐等钝化体系进行了研究，并且比较了各种钝化工艺的优缺点。 (2) 单一的无机钝化体系生成的钝化膜在外观和耐蚀性方面都远不及铬酸盐钝化的效果。钼和铬为同族元素，钼酸盐和铬酸盐具有较为接近的性质，且从实验结果可知，钼酸盐能够形成蓝色钝化膜，故考虑在钼酸盐体系的基础上进行研究。查阅文献可知，钼酸盐和磷酸盐在酸性条件下形成磷钼杂多酸，钝化效果较好，故以磷钼体系为基础进行研究。 3无机/有机复合无铬钝化体系的研究 (1) 确定了较优的无机物钝化体系，在此基础上，在其中加入不同的有机物，如植酸、柠檬酸、丙二酸等，比较各钝化膜的外观和耐蚀性能，筛选出较优的无机/有机复合无铬钝化体系组成。 (2) 通过正交试验，考查了无铬钝化液各组分用量对钝化效果的影响，对钝化液组成进行了优化，并且通过进一步的实验，筛选了较优的钝化工艺条件，最终得出了最佳的无机/有机复合无铬钝化液组成及工艺。 4复合无铬钝化膜性能测试及耐蚀机理分析 采用扫描电镜(SEM)对无机/有机复合无铬钝化膜的表面形貌进行了表征；采用X射线光电子能谱(XPS)分析了钝化膜的成分；通过硫酸铜点滴实验、氯化钠浸泡实验、塔菲尔曲线测试研究了复合无铬钝化膜的耐蚀性，并与铬酸盐钝化膜相比较；在查阅文献的基础上，通过电化学交流阻抗(EIS)测试对钝化膜的耐蚀机理进行初步分析。 采用钼酸钠与有机酸复配的钝化液稳定性好且成本较低，钝化处理工艺简单，能够在镀锌钢板上形成光亮均匀的蓝白钝化膜。通过测试发现钝化膜性能优异。该钝化工艺有望替代严重污染的六价铬钝化工艺。
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撰写目的和基本思路
- 本项目为解决电镀锌材料的传统铬酸盐钝化工艺对人和环境造成严重危害的问题，探索了一种耐蚀性能好又对环境友好的镀锌层无铬钝化处理工艺。采用无机/有机协同钝化技术，以钼酸钠和磷酸钠作为钝化液的主盐，并与有机物进行复配。
科学性、先进性及独特之处
- 此钝化液中不含剧毒物质六价格，环境友好；钝化液的稳定性很好，其稳定时间超过30天。此钝化工艺能够在镀锌钢板上形成与铬酸盐耐蚀性相当的钝化膜，且外观呈现蓝白色。
应用价值和现实意义
- 钢铁件镀锌后的蓝白钝化膜外表美观，具有良好的耐蚀性，被广泛应用于汽车、五金等产品的生产中。本项目研究的无铬蓝白钝化工艺可以替代传统的铬酸盐钝化工艺，不仅解决了Cr6+对环境造成的严重污染问题，而且工艺简单，操作灵活，成本较低，具有很大的实用价值，并可为后续电镀锌层的蓝白无铬钝化工艺的研究提供有力的理论指导。
学术论文摘要
- 采用钼酸钠与有机酸复配，研究了电镀锌层的蓝白无铬钝化液组成及钝化工艺。该钝化液稳定性好且成本较低，钝化处理工艺简单，能够在镀锌钢板上形成光亮均匀的蓝白钝化膜。通过CuSO4点滴试验、盐水浸泡试验、电化学测试对钝化膜的耐蚀性能进行了研究，结果一致表明钼酸钠与有机酸复配所形成的钝化膜的耐蚀性与铬酸盐钝化膜相当；扫描电镜测试结果表明，钼酸盐复合钝化膜均匀、细致，不存在微孔及裂纹。该钝化工艺有望在电镀锌层的钝化中替代铬酸盐使用。
获奖情况
- 发表文章：电镀与环保（已录用）, 稿号：10-118 申请专利：电镀锌层的蓝白无铬钝化液及采用蓝白无铬钝化液钝化电镀锌层的方法,申请号: 201010247476.7 2010年9月，哈尔滨工业大学，大学生创新性试验计划项目一等奖 2010年9月，哈尔滨工业大学，首届“祖光杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
鉴定结果
- 专利已受理，文章已被录用。
参考文献
- 专利检索目录:杨培霞，崔莹，刘磊，张锦秋，安茂忠. 电镀锌层的蓝白无铬钝化液及采用蓝白无铬钝化液钝化电镀锌层的方法：中国：201010247476.7 [P]. 2010.12.08.
同类课题研究水平概述
- 电镀锌是目前国内外广泛采用的钢铁防护手段，广泛地应用于造船工业、机械工业、航空、建筑等许多领域。但在潮湿的环境中，尤其在不通风的湿热环境中，镀锌层易发生腐蚀，使锌层表面形成暗灰色或白色疏松的腐蚀产物，不仅影响外观质量，而且也不能满足镀层的防护性要求。为了进一步提高锌及锌合金镀层的耐蚀性，必须对其进行钝化处理。钝化处理一般按其钝化液是否含有铬而分为铬酸盐钝化和无铬钝化。目前普遍采用的是铬酸盐钝化处理工艺，这种处理方法具有工艺简单、膜结合力好、外观美观、耐蚀性高、有自修复能力等优点。因此，铬酸盐钝化受到众多用户的青睐，用铬酸盐钝化处理的涂镀钢板占据着约99%以上的市场。虽然铬酸盐钝化技术成熟可靠，但由于铬酸盐钝化液中含有致癌物质六价铬，对人和环境存在着严重的危害，各国政府已严格限制铬酸盐的使用和排放，欧盟颁布的《电子电器产品中有害物质限制使用的指令》(RoHS)中明确规定，自2006年7月1日起，投放欧盟市场的电器电子产品不得含有汞、镉、铅、六价铬、聚溴联苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)6种有害物质，我国现行相关法律也已对排放水中六价铬的含量提出了明确要求。因此，研究一种具有良好外观又耐蚀性良好的无铬镀锌钝化工艺具有极其重要的现实意义。 近年来，世界各国都在镀锌层的无铬钝化问题上做了大量研究，先后出现了多种无铬钝化工艺。目前，国内外镀锌层的无铬钝化工艺主要有三类：无机物钝化、有机物钝化和无机/有机复合钝化。无机类钝化工艺主要有钼酸盐钝化、钨酸盐钝化、硅酸盐钝化、稀土金属盐钝化等；有机类钝化工艺主要有植酸钝化、单宁酸钝化、二氨基三氮杂茂(BAT4)及其衍生物钝化、丙烯酸树脂钝化等；无机/有机复合钝化工艺主要有钼酸盐与丙烯酸树脂复配、铝盐和草酸与稀土盐混合预涂配方并配以硅酸锂封闭工艺等。但这些钝化工艺在钝化膜的性能上(主要是外观及耐蚀性)仍无法完全取代铬酸盐钝化工艺。 此外，从实用角度出发，铬酸盐蓝白钝化是一种被广泛应用的经典镀锌钝化工艺，它可以得到类似镀铬的透亮蓝白钝化膜，其耐蚀性优于银白钝化，在汽车、五金等产品中获得了大量应用。
