鍍鋅鈍化的研究進(jìn)展

白 鑫，王志欣，呂中陽，任化展

鍍鋅鈍化的研究進(jìn)展

白 鑫，王志欣，呂中陽，任化展

（沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159）

描述了鍍鋅鈍化技術(shù)的發(fā)展歷程，詳細(xì)介紹了三價(jià)鉻鈍化、無機(jī)鈍化、有機(jī)鈍化和稀土鈍化等不同鈍化工藝，并針對(duì)不同工藝的特點(diǎn)及發(fā)展進(jìn)行了探討。

鍍鋅； 鈍化； 無鉻鈍化； 稀土鈍化

鋼鐵材料鋅鍍層廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。鍍鋅層在與環(huán)境接觸時(shí)，容易發(fā)生腐蝕從而引起鍍鋅層的破壞。通常鍍鋅層的防腐蝕方法是使用六價(jià)鉻鈍化的方式來增加其耐蝕性。隨著環(huán)保要求的不斷提高和對(duì)工藝的不斷優(yōu)化，六價(jià)鉻鈍化雖然提供了良好的耐蝕性，但其應(yīng)用也逐漸受到了一定的限制。科技工作者也展開了三價(jià)鉻鈍化以及進(jìn)行了無鉻鈍化的研究。本文對(duì)鍍鋅鈍化的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)性綜述。

1 三價(jià)鉻鈍化

20世紀(jì)70年代，隨著工藝要求的不斷提高，三價(jià)鉻鈍化開始出現(xiàn)在電鍍行業(yè)中[1]。三價(jià)鉻鈍化以其低毒性以及鈍化性能接近于六價(jià)鉻鈍化的特點(diǎn)，很快就成為了收到人們推崇的鍍鋅鈍化工藝[2-4]?？虏繹5]等對(duì)低碳鋼氯化鉀鍍鋅試樣進(jìn)行三價(jià)鉻黑鈍并進(jìn)行選用封閉劑對(duì)鈍化膜進(jìn)行封閉處理，最終得到了外觀良好，耐蝕性高的黑色鈍化膜；容毅[6]成功開發(fā)出一種新型有機(jī)發(fā)黑劑，對(duì)鍍鋅層進(jìn)行三價(jià)鉻黑鈍并采用特制水基型封閉劑，最終得到色澤黑亮，耐蝕性高的鈍化膜；其后，劉艷等人[7]在三價(jià)鉻鈍化液中加入稀土元素對(duì)膜層耐蝕性進(jìn)行研究，最終發(fā)現(xiàn)，添加鈰以后不進(jìn)行封閉處理也可以明顯提高鈍化膜的耐蝕性。

2 無鉻鈍化

盡管三價(jià)鉻鈍化已被廣泛使用，但是鉻元素的回收處理依然是一個(gè)亟待解決的問題。隨著科研工作者不斷地研究，慢慢地，無鉻鈍化開始進(jìn)入了我們的視野。目前的無鉻鈍化工藝主要有：鉬酸鹽鈍化[8]、鎢酸鹽鈍化[9]、鈦酸鹽鈍化[10]、硅酸鹽鈍化[11]、有機(jī)物鈍化[12]、稀土鈍化[13]及有機(jī)物和無機(jī)物的復(fù)合鈍化。

2.1 鉬、鎢酸鹽鈍化

鉻酸鹽鈍化因?yàn)槠溻g化膜優(yōu)良的特性一直以來都深深地吸引著表面處理工作者，隨著其弊端的出現(xiàn)，人們開始了對(duì)和它具有類似化學(xué)特性的同族的元素鉬、鎢進(jìn)行研究。牟世輝[14]通過不同工藝條件對(duì)鍍鋅鉬酸鹽鈍化膜耐蝕性進(jìn)行研究，最后得出結(jié)論：鈍化工藝簡(jiǎn)便，成本低，鈍化膜主要成分為鋅、鉬、氧，鈍化處理后膜層耐蝕性明顯提高；吳成劍等[15]在鉬酸鹽鈍化液中加入有機(jī)胺類添加劑，對(duì)膜層耐蝕性進(jìn)行研究，最終得出結(jié)論，適當(dāng)含量的添加劑的加入有助于鉬酸鹽鈍化膜耐蝕性的增強(qiáng)；賴奐汶等[16]指出鉬酸鹽鈍化操作簡(jiǎn)單，電解法和化學(xué)法都可以得到鈍化膜層，并且指出鉬酸鹽和硅烷復(fù)合體系所得鈍化膜性能較鉻酸鹽鈍化更優(yōu)。

2.2 鈦酸鹽鈍化

鈦具有良好的抗腐蝕性能，其儲(chǔ)量?jī)H次于鐵、鋁、鎂，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。隨著科技水平及工藝要求的提高，人們開始了對(duì)鋅層鈦酸鹽鈍化體系的研究。朱立群等[17-18]研究了鍍鋅層的鈦酸鹽鈍化，得出結(jié)論，鈦酸鹽鈍化比鉻酸鹽鈍化效果更好。但是，鈦金屬屬于生物醫(yī)學(xué)金屬，成本過高，不適合量產(chǎn)，并且鈦的提取工藝復(fù)雜，限制了其實(shí)用性。

2.3 硅酸鹽鈍化

硅酸鹽鈍化具有成本低、鈍化膜耐蝕性良好、鈍化體系穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、無毒等特點(diǎn)，巴斯?fàn)朳19]等人在鍍鋅層表面進(jìn)行硅酸鹽鈍化處理，最后得出結(jié)論硅酸鹽鈍化膜的存在可提高鋅層耐蝕性，并且隨著含硅量的提高，耐蝕性更優(yōu)；鄧碧鑫等[20]從無機(jī)硅和有機(jī)硅兩個(gè)大的方面，對(duì)鍍鋅層硅酸鹽鈍化的機(jī)理、工藝及應(yīng)用進(jìn)行綜述性描述，并指出硅酸鹽鈍化的未來發(fā)展方向?yàn)殡姵练e硅酸鹽礦物層；范云鷹等[21]在硅酸鹽鈍化體系中加入鈦鹽，研究鈦離子對(duì)鈍化膜的形貌、組成和耐蝕性的影響，得出結(jié)論：硅酸鹽鈍化液中鈦鹽的加入可以控制成膜速率，改善鈍化膜形貌，增強(qiáng)耐蝕性。雖然目前國(guó)內(nèi)國(guó)際在硅酸鹽鈍化中已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是其鈍化效果還遠(yuǎn)不及鉻酸鹽鈍化。

2.4 有機(jī)物鈍化

鉻酸鹽鈍化工藝劣勢(shì)出現(xiàn)后，人們轉(zhuǎn)入了對(duì)無機(jī)物鈍化體系的研究，但是無機(jī)鈍化（鉬酸鹽鈍化、鎢酸鹽鈍化等）所得鈍化膜層偏薄，實(shí)驗(yàn)所需劑量大，而且耐蝕性能也不能盡如人意。自此，人們開始了有機(jī)物鈍化體系的研究，有機(jī)鈍化包括丙烯酸樹脂鈍化、環(huán)氧樹脂鈍化、植酸鈍化、單寧酸鈍化以及其他復(fù)合有機(jī)鈍化工藝，其中植酸鈍化及單寧酸鈍化較另外幾種有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

植酸又稱肌酸，主要從豆科植物種子及谷物的胚芽中提取，可作為油脂的抗氧劑及金屬表面處理劑等，植酸能和Ca、Fe、Zn、Mg等離子產(chǎn)生不溶化合物，因此人們開始了對(duì)植酸金屬鈍化的深入研究。胡會(huì)利等[22]對(duì)鍍鋅件植酸鈍化膜進(jìn)行研究，最后得到結(jié)論，植酸鈍化已接近與低鉻鈍化的效果，鈍化膜致密穩(wěn)定，但附著力差易從鍍鋅表層脫落且不具備自修復(fù)性；蔡薇等人[23]對(duì)復(fù)雜鋁黃銅冷軋帶材進(jìn)行植酸鈍化，最終得出結(jié)論，經(jīng)過富植酸鈍化的試樣耐蝕性能接近于重鉻酸鹽鈍化處理的試樣，且抗變色能力更好；王海人等[24]在不銹鋼表面進(jìn)行植酸鈍化，得出結(jié)論，在適當(dāng)?shù)臐舛?、溫度、時(shí)間下鈍化效果明顯，是一種高效環(huán)保的不銹鋼鈍化處理工藝。

植酸鈍化出現(xiàn)后，又出現(xiàn)了單寧酸鈍化工藝的研究，閆捷等[25]研究了鍍鋅層上單寧酸鈍化的耐蝕性能并在體系中加入了氧氯化鋯研究其影響，最終得出結(jié)論，氧氯化鋯的加入可以改善膜層質(zhì)量，提升耐蝕性。

2.5 有機(jī)物與無機(jī)物復(fù)合鈍化

有機(jī)物鈍化耐蝕性良好但附著力及耐熱性差，而純無機(jī)鈍化耐蝕性又略遜于有機(jī)鈍化，中和優(yōu)缺點(diǎn)，人們開始了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合鈍化體系的研究。于斐等[26]選用鉬酸鹽-單寧酸復(fù)合體系對(duì)熱鍍鋅鋼板進(jìn)行鈍化研究，但耐蝕性并沒有到達(dá)預(yù)期的效果；其后，許州等[27]又研究了復(fù)合體系對(duì)熱鍍鋁鋅合金的鈍化效果，結(jié)果表明復(fù)合體系鈍化膜的總體性能優(yōu)于六價(jià)鉻鈍化。

2.6 稀土鈍化

后期新興的稀土技術(shù)慢慢也被應(yīng)用于鍍鋅鈍化中，稀土鈍化無毒無污染且耐蝕性能優(yōu)良，此外我國(guó)盛產(chǎn)稀土，因而稀土添加以增加耐蝕性就成為一個(gè)潛在的研究熱點(diǎn)。趙增典[28]等對(duì)鍍鋅層分別采用三價(jià)鉻鈍化、稀土鈍化、六價(jià)鉻鈍化進(jìn)行處理并分析表征，結(jié)果表明：稀土鈍化及三價(jià)鉻鈍化效果已經(jīng)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)六價(jià)鉻鈍化工藝且稀土鈍化較三價(jià)鉻鈍化更優(yōu)；孔鋼等[29]對(duì)存在的稀土鈍化進(jìn)行了綜述性描述，詳細(xì)敘述了鋅層稀土鈍化的成膜機(jī)理及耐蝕機(jī)理；Yasuyuki等[30]采用不同的測(cè)試手段對(duì)稀土鈍化膜的耐蝕行為進(jìn)行了研究，最終發(fā)現(xiàn)硫酸根離子的存在可以細(xì)化晶粒改善鈍化膜層質(zhì)量，從而提高耐蝕性。

3 展望

綜上，現(xiàn)階段已有鍍鋅鈍化工藝或不滿足環(huán)保要求或成本較高，兼之工藝復(fù)雜實(shí)用性較差等弊端，鍍鋅鈍化的總體發(fā)展方向是無鉻、無毒、無污染、耐蝕性優(yōu)良、低成本易操作工藝的開發(fā)。

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Research Progress of Passivation Technology for Zinc Plating

（College of Environmental and Chemical Engineering, Shenyang Ligong University, Liaoning Shenyang 110159, China）

The development course of passivation technology for zinc plating was described. The passivation processes of trivalent chromium passivation, inorganic passivation, organic passivation and rare earth passivation were introduced in detail, and characteristics and development of different process were discussed.

zinc plating; passivation; chromium-free passivation; rare earth passivation

遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目資助，項(xiàng)目號(hào)：201610144036。

2016-11-29

白鑫，女，滿族，遼寧省沈陽市人，沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：金屬腐蝕與防護(hù)。

TQ 153.15

A

1004-0935（2017）01-0082-03