鋼鐵表面環(huán)境友好型鋯基轉化膜應用基礎研究.pdf

1、目前鋯基轉化膜處理最有可能成為替代磷酸鹽的環(huán)境友好型技術，但將其應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化膜質量的穩(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系，并揭示轉化膜成膜原理和控制機制，以實現對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，主要研究內容和結果如下：
　?。?）研究優(yōu)化配比成膜溶液在鋼鐵表面形成鋯基轉化膜。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構特征，結果表明形成的鋯基轉化膜是無定型薄膜，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，結果說明膜層通過抑制腐蝕過程中的

3、陰極反應實現保護基體的作用。
　?。?）通過光學顯微鏡、X射線能譜（EDX）、X射線光電子能譜（XPS）、電化學開路電位、EIS、膜重分析等方法表征成膜過程動力學特征和膜層特性，結果顯示成膜過程可分為四個階段，分別為凝膠吸附階段、膜層重構階段、凝膠生長階段和膜層穩(wěn)定階段。
　?。?）通過SEM、EDX、PC、EIS以及膜重分析等方法研究各個過程參數對成膜過程和膜層微觀結構的影響。結果表明，酸度是整個成膜過程中化學反應的主要推

4、動力，影響成膜化學反應速度和進程，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結果表明，成膜液濃度與腐蝕擴展速率大小有較直接關系，成膜時間和成膜溫度與腐蝕起泡有較直接關系，原因可以歸咎于膜層鋯的含量對腐蝕擴展有直接影響，膜層中氟的含量和存在形式對涂層起泡

5、產生直接影響。
　　（5）通過EIS測試研究鋯基轉化膜配套涂層后在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。鋯基轉化膜涂層體系能延緩涂層失效，體現在其膜層完好階段較長。電化學阻抗譜的等效電路分析表明鋯基轉化膜主要作用是增加涂層電阻（Rp），而對涂層電容（Cc）影響較小。
　　（6）采用Stumm-Morgan的物種模型理論以及反應過程摩爾量守恒的建立等量關系