金属表面低熔点熔覆材料及其工艺研究

【摘要】腐蚀现象无处不在,给日常生活和工业生产带来了严重破坏,不仅大量浪费金属材料,而且由此造成的停工、停产等间接损失也难于估计甚至使人民的生命和财产安全受到威胁。由于金属腐蚀现象的普遍存在及其带来的严重破坏,金属腐蚀与防护已引起人们的重视,金属防护技术也得到了相应发展和广泛应用。由于工艺简单、镀层使用寿命长等优点,热镀锌技术在在钢铁材料防大气腐蚀领域得到了广泛的关注和应用。然而,随着连铸钢坯技术的逐步发展,热浸镀锌行业又出现新的问题需要解决。采用连铸钢坯技术生产得到的钢大部分是含硅量很高的镇静钢或半镇静钢,以这些钢为基体进行热浸镀时会出现圣德林效应,即镀层灰暗、超厚且粘附性差,导致产品质量大大降低,同时成本大大提高。目前,解决这一问题的主要途径有制备锌合金镀层和高温镀锌工艺。镀锌前必须对基体表面进行除油除锈处理,传统前处理工艺非常复杂。本课题目标之一是研制一种集除油、除锈、磷化、钝化为一体的亮化液。通过单因素实验和正交试验确定了其组成为：H3P04320m1.L-1、ZnO10g.L-1、KClO34g.L-1、Zn(H2PO4)210g·L-1、C4H6O6(酒石酸)1Og·L-1.Zn(NO3)24g·L-1、OP-10(乳化剂)10m1·L-1。对亮化液性能及其处理钢基体后形成的磷化膜性能进行测试的结果表明：各项性能均符合相关标准规定。该亮化液节能环保,成本低廉,高效便捷,可在常温下擦拭或浸渍钢铁构件并且不含F-、NO2-、Cr6+等毒性离子。形成的磷化膜薄而致密均匀,防锈耐腐蚀,可直接制备涂层。更主要的是,针对含硅量较高的活性钢镀件镀锌时常常出现的圣德林效应,本课题在锌浴中添加了能够抑制此效应的Sn元素以及能够提高锌浴流动性的Bi元素,并同时采用高温镀锌工艺得到了Zn-Sn-Bi合金镀层,通过镀层厚度测量和组织形貌观察表明该种锌浴可以抑制Fe-Zn的剧烈反应,抑制圣德林效应的发生。含Sn5%的锌浴得到的镀层厚度较纯锌镀层有明显减薄；继续添加Bi元素后,锌合金镀层厚度进一步降低,当添加Bi的质量分数达0.1%时,合金镀层厚度达到最小。镀层的截面形貌主要由致密层δk和疏松层δp构成,其中Zn-5%Sn-0.1%Bi镀层的δk层相对较厚且δp层较其他镀层组织更为细小致密。另外,该镀层表面晶粒大小均匀且排列整齐。通过测试各镀层在5%(质量分数,下同)Na2SO4溶液静态浸泡腐蚀实验、5%NaCl溶液盐雾腐蚀试验以及3.5%NaCl溶液中电化学腐蚀实验,结果表明,Zn-5%Sn-0.1%Bi镀层耐腐蚀性能最好,其次是纯锌镀层,再为镀层,这一结果通过不同溶液在镀层上润湿角的检测进一步得到了验证。高温制备的Zn-Sn-Bi镀层可以明显抑制圣德林效应,但镀层中Sn元素和Bi元素的添加对于镀层耐腐蚀性能的影响并不大,尤其对于强腐蚀环境的腐蚀。
【作者】赵晓莉；
【导师】苏义祥；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】热浸镀；亮化液；Zn-Sn-Bi镀层；组织形貌；耐腐蚀性能；

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