表调/铬酸盐钝化复合膜腐蚀性能

晁全新，俞俊杰，张 静，孙 力，陈连生

（1.河北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山063009；2.唐山钢铁公司 河北 唐山063000）

0 引言

彩涂板是由钢铁材料与有机材料通过一系列加工有机复合而成。它兼有两者的优点：即具有钢铁基板的机械强度、成型性能，又具有涂层材料的装饰性、耐蚀性等，被广泛应用于建筑、家电和交通运输等行业[1,2]。彩涂板的前处理过程包括脱脂去污和化学转化，脱脂去污的目的是为了给后续的化学转化处理工艺提供一个干净的表面，化学转化处理的目的是通过一系列化学反应在基板上形成一薄层预处理膜，以有效提高彩涂产品的性能。

本文结合彩涂板的表调、铬酸盐化学预处理及不同的工艺方法，进行了对比实验，分析了表调膜、涂敷型铬酸盐膜的电化学性能及耐腐蚀性能，研究表明表调处理在一定的程度上提高了彩涂板的耐腐蚀性能，并且为彩涂板生产用化学预处理剂及其最佳工艺方法提供了一定的依据，对彩涂板生产具有一定的指导作用。

1 实验部分

1.1 试样及试剂

本次实验所用的基板选用了热镀锌板，基板试样延热镀锌板轧制方向截取A4纸大小。基板参数如表1所示，不同的化学试剂如表2所示。

表1 试验所用基板参数

表2 试验用化学试剂编号和主要成分

1.2 试样制备

实验过程中，前处理板分成三种类型，一种是只经过表调处理的表调膜试样，试样用B表示，一种是只经过涂敷型铬酸盐钝化处理的钝化膜试样，试样用L表示，第三种是经过表调和钝化复合处理的复合膜试样，试样用BL表示。前处理试样制成干燥后，立即用锡箔纸包裹并密封，防止试样置放过程中空气中的水分等腐蚀介质侵入而影响试验效果。

1.3 表调/铬酸盐钝化复合膜的腐蚀性能研究

1.3.1 腐蚀电位测量

在常温常压条件下，将样品和饱和甘汞参比电极全浸于5% NaCl溶液中，用PZ26b直流数字电压表原位跟踪检测腐蚀电位（E）随时间（t）的变化，绘制E-t曲线[3]。

1.3.2 极化曲线测量

常温常压条件下，试验介质为5% NaCl溶液，试样极化面积1×1cm2，运用PS168（b）型电化学测量系统，电位扫描速度为0.5mV/s，脉冲波形为三角形，采样周期1000ms，扫描范围（vs.Ek）-200mV～300mV，绘制出极化曲线[4]。

1.3.3 醋酸铅滴定试验方法

常温常压，实验用介质为50g/L Pb(AC)2溶液，用滴管将醋酸铅溶液滴在转化膜样品上，观察液滴开始变黑或完全变黑所需要的时间，以鉴定是否存在转化膜或转化膜的防护性能[5]。

1.3.4 中性盐雾试验方法

采用SM-FOY系列盐雾试验箱，盐雾箱型号NQ-0150(改型)，实验介质是5%的NaCl溶液，pH=6.8～7.2，工作室温度35±2℃，饱和室温度45±2℃，选用间歇式喷雾方式。采用中性盐雾试验研究转化膜样品的腐蚀行为，计算腐蚀速率，评定其耐蚀性能[6]。

2 表调/铬酸盐钝化复合膜的腐蚀性能研究

2.1 腐蚀电位

2.1.1 腐蚀电位的测量

1）表调膜的腐蚀电位

表3 不同表调剂处理的样品腐蚀电位

2）铬酸盐钝化膜的腐蚀电位

表4 不同钝化剂处理的样品腐蚀电位

3）表调/铬酸盐钝化复合膜的腐蚀电位

表5 不同复合膜样品腐蚀电位

由表3-5可以看出：表调膜样品的腐蚀电位均比热镀锌板（Z120）的正，不同钝化剂处理的样品自腐蚀电位相差无几，它们与镀锌板的腐蚀电位十分相近，经表调处理后的复合转化膜的腐蚀电位都比镀锌板的正。

2.1.2 腐蚀电位的时效变化曲线

1）涂敷型铬酸盐钝化膜的E-t曲线

图1 不同钝化剂处理的样品E-t曲线

图2 不同复合膜样品的E-t曲线

不同钝化剂处理的样品在室温5%NaCl溶液中的E-t曲线如图1所示。

从图1中可以看出，Z120样品浸入电解液电位有一个上下波动的过程，但在大部分过程负于钝化样品。按电位相对稳定排序，L3＞L5＞L4＞L2，表明L3膜耐蚀性能较好。

2）表调/铬酸盐钝化复合膜的E-t曲线

不同复合膜样品在室温5%NaCl溶液中的E-t曲线如图2所示。

从图2可清楚地看到，复合膜的电位明显正于镀锌板的腐蚀电位。但是，由于表调膜和钝化膜组合不同，对复合膜腐蚀性能的影响也不尽相同，特别是B3显著缩短了L3膜的相对稳定时间。

2.2 极化特性

2.2.1 涂覆型铬酸盐钝化膜的极化特性

经不同类型钝化剂处理的样品在室温5%NaCl溶液中的动电位极化曲线如图3所示。

图3 不同类型铬酸盐钝化膜样品的极化曲线

图4 不同类型复合膜样品的极化曲线

从图3中可以看出：

1）经不同钝化剂处理的样品腐蚀电位明显高于镀锌板。

2）经不同钝化剂处理的样品阳极极化曲线形状基本相似，不具有活化-钝化特征。

3）按钝化剂产生的阴极极化作用大小排序：L2＞L3＞L4＞L5。

4）据计算知：L2、L3、L4、L5膜的腐蚀电流（A/cm2）分别为0.006 57，0.018 30，0.012 60，0.014 40，比镀锌板的（0.020 59）要小。

2.2.2 表调/铬酸盐钝化复合膜的极化特性

不同类型的表调/铬酸盐钝化复合膜样品在室温5%NaCl溶液中的动电位极化曲线如图4所示。

从图4中可以看出：

1）BL2，BL4，BL5，BL3的腐蚀电位依次趋正，并且全部高于镀锌板。

2）不同复合膜样品的阳极极化曲线形状基本相似，不具有活化-钝化特征。

3）据计算知BL2、BL3、BL4、BL5复合膜的腐蚀电流（A/cm2）分别为：0.005 87，0.008 63，0.010 69， 0.016 13。

2.3 耐黑变性能

表调膜、钝化膜和表调/钝化复合膜的醋酸铅滴定实验过程中抗黑变时间数据如表6所示。从表6中所列数据可以看出：

表6 各种预处理膜的醋酸铅滴定抗黑变时间(s)

按醋酸铅液滴变黑时间长短排序，L3＞L2＞L4＞L5，BL3＞BL4＞BL2＞BL5。进一步分析试验数据看到，表调后BL4抗黑变时间明显延长，表明B4表调剂对L4钝化膜的作用比较大，使BL4复合膜的防护能力得到较大提高。

2.4 抗中性盐雾腐蚀性能

经96h中性盐雾试验后不同表调膜、钝化膜和复合膜的腐蚀速率列于表7中。

表7 不同预处理膜的腐蚀速率(g/m2·h)

从表7中数据可以看出：

按腐蚀速率大小排序，L5＞L4＞L2＞L3，BL5＞BL2＞BL3＞BL4，可见表调剂B4对提高L4钝化膜防护效果明显。

3 结 论

3.1 表调处理和铬酸盐钝化都有利于提高彩涂板的耐蚀性，对彩涂板的腐蚀起到有效的隔离和缓蚀作用。

3.2 钝化膜和复合膜样品的阳极极化曲线形状相似，均没有呈现明显的活化－钝化区。铬酸盐钝化膜和复合膜样品阴极极化作用均比镀锌板的大，说明增强了转化膜抗阴极剥离能力。

3.3 试验表明，表调（B3）/铬酸盐钝化（L3）复合膜（BL3）具有较好的的耐蚀性，有效地提高了涂层的的耐蚀性。

[1] 刘相华，王国栋.建筑用有机涂层钢板[J].轧钢，2000，17（6）：47-49

[2] K.Yoshida.Precoated Steel Sheets for Construction Materials[J].Zaiyo-to-Kankyo，2001，50（5）：210-221

[3] 吴荫顺，方智，曹备等.腐蚀试验方法与防腐蚀检测技术[M].北京：化学工业出版社，1996

[4] 刘宏伟.有机涂层电化学快速评价方法及其失效机制研究[C].沈阳：中国科学院金属腐蚀与防护研究所硕士论文，1992

[5] （日）山本隆著，李春英译.涂层钢板的电化学研究[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994

[6] 刘相华，王国栋.有机涂层钢板性能的评价[M].轧钢，2000，17（5）：52-57