鋼鐵表面環(huán)境友好型鋯基轉(zhuǎn)化膜應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、目前鋯基轉(zhuǎn)化膜處理最有可能成為替代磷酸鹽的環(huán)境友好型技術(shù)，但將其應(yīng)用于鋼鐵表面處理還存在著較多問題，特別是很難保證鋯基轉(zhuǎn)化膜質(zhì)量的穩(wěn)定性。要保證成膜穩(wěn)定性和連續(xù)性，需要弄清楚膜層的特征與涂層配套性能之間的關(guān)系，并揭示轉(zhuǎn)化膜成膜原理和控制機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米尺度成膜膜層穩(wěn)定性和連續(xù)性的有效控制。
　　本論文就上述亟待解決的問題開展研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　（1）研究?jī)?yōu)化配比成膜溶液在鋼鐵表面形成鋯基轉(zhuǎn)化膜。通過掃描電鏡

2、（SEM）、X射線能譜（EDX）、X射線光電子能譜（XPS）、三維輪廓儀等來表征膜層的微觀結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明形成的鋯基轉(zhuǎn)化膜是無定型薄膜，鋯的膜層主要由ZrO2、FeOOH、Fe2O3、Fe3O4等氧化物以及ZrF4、FeF3等氟化物構(gòu)成，并存在著少量的其它氟化物。膜層微觀表面粗糙，覆蓋性較好，膜層厚度在100nm～250nm。采用電化學(xué)極化曲線（PC）、交流阻抗譜（EIS）等效電路分析膜層的耐蝕性特征，結(jié)果說明膜層通過抑制腐蝕過程中的

3、陰極反應(yīng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)基體的作用。
　?。?）通過光學(xué)顯微鏡、X射線能譜（EDX）、X射線光電子能譜（XPS）、電化學(xué)開路電位、EIS、膜重分析等方法表征成膜過程動(dòng)力學(xué)特征和膜層特性，結(jié)果顯示成膜過程可分為四個(gè)階段，分別為凝膠吸附階段、膜層重構(gòu)階段、凝膠生長(zhǎng)階段和膜層穩(wěn)定階段。
　?。?）通過SEM、EDX、PC、EIS以及膜重分析等方法研究各個(gè)過程參數(shù)對(duì)成膜過程和膜層微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，酸度是整個(gè)成膜過程中化學(xué)反應(yīng)的主要推

4、動(dòng)力，影響成膜化學(xué)反應(yīng)速度和進(jìn)程，也決定鋯膠體顆粒的Zeta電位。濃度主要決定成膜溶液的過飽和程度與最佳成膜區(qū)域，影響膜層重量和膜層含鋯總量。
　　（4）通過配套陰極電泳涂層的中性鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)獲得不同條件下成膜層腐蝕特征。與陰極電泳涂層配套后中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明，成膜液濃度與腐蝕擴(kuò)展速率大小有較直接關(guān)系，成膜時(shí)間和成膜溫度與腐蝕起泡有較直接關(guān)系，原因可以歸咎于膜層鋯的含量對(duì)腐蝕擴(kuò)展有直接影響，膜層中氟的含量和存在形式對(duì)涂層起泡

5、產(chǎn)生直接影響。
　?。?）通過EIS測(cè)試研究鋯基轉(zhuǎn)化膜配套涂層后在3.5％NaCl溶液中的失效特征，失效過程可以分為涂層完好階段、涂層滲水階段、涂層腐蝕發(fā)生階段和涂層失效階段。鋯基轉(zhuǎn)化膜涂層體系能延緩?fù)繉邮?，體現(xiàn)在其膜層完好階段較長(zhǎng)。電化學(xué)阻抗譜的等效電路分析表明鋯基轉(zhuǎn)化膜主要作用是增加涂層電阻（Rp），而對(duì)涂層電容（Cc）影響較小。
　?。?）采用Stumm-Morgan的物種模型理論以及反應(yīng)過程摩爾量守恒的建立等量關(guān)系