電鍍金屬表面鈍化研究進展

楊錦珍 汪汝杰 丁晨錦 趙綺婷 楊富國

摘要：主要從無機鈍化、有機鈍化、無機與有機化合物復合鈍化的三大方面闡述國內電鍍金屬表面鈍化處理的研究進展，分析其工藝的應用場景，包括應用于鈍化的金屬、工藝條件、鈍化的成膜性、鈍化膜的耐腐蝕的性能與鉻酸鹽鈍化的膜的性能還存在哪一方面的差距，指出每種鈍化工藝的優缺點，結合每種材料的特性和處理工藝指出未來鈍化的發展方向。

關鍵詞：金屬;無機鈍化;無機與有機化合物復合鈍化

酸性鉻酸鹽鈍化是隨著化學科技發展，不斷在各個領域得到廣泛引用的一項化學技術。這項化學技術的基礎原理，是金屬和鉻酸鹽鈍化劑之間發生的表面溶解反應。一方面，溶解反應后獲得的金屬鉻化物，會形成沉淀，進而完成金屬的脫離剝落。另一方面，沉淀后會形成一個以三價鉻化合物為核心結構的外鍍膜層。這一膜層結構能夠提升金屬的耐腐蝕性。然而這一技術有一項致命性的缺陷，那就是過程中會產生少量的六價鉻，這種物質具有嚴重的致癌性和污染性。因此，這一技術正處于限制使用的過程中。本研究提出無機鈍化、有機鈍化和兩者復合鈍化三種方式的電鍍鈍化形式，研究無鉻鈍化技術工藝。

1 無機鈍化的研究進展

無機鈍化采用的方式為鉬酸鹽鈍化膜。其形式和結構上與鉻酸鹽鈍化膜相似。這種鈍化工藝的結構形成方式為滾涂。具體化學工藝制劑成分及含量為：鉬酸鈉10g/L、磷酸5mL/L、硝酸4mL/L、羥基乙叉二膦酸（HEDP）4g/L。該項鈍化工藝需求的鈍化溫度為40℃，鈍化所需時間僅為30s。鈍化完成后，需要進一步進行烘干工藝的操作。烘干溫度為70℃，進行烘干時長為15min。這項無機鈍化研究工藝進行鈍化處理后，會在金屬的表面形成鈍化膜耐白銹。白銹從成型到最終鈍化時間結束，接近24個小時。但是鉬酸鹽鈍化膜的研究，沒有完全解決鈍化問題，仍存在著工藝缺陷。最大的問題在于其膜體容易出現裂紋。無法形成完整的轉化膜，提供鈍化保護。因此，在工藝應用過程中，需要配合使用其他的無機鹽或有機化合物。

另外的無機鈍化方式為稀土金屬鹽轉化膜。這種無機鈍化方式已經取得一定的研究進展。具體工藝操作及原理為當鍍鋅層在鈰鹽溶液中預處理時，發生鋅的陽極溶解和分子氧的陰極還原。溶液終會游離Ce3+并附著于金屬表面，完成氫氧化鋅鈍化膜在金屬基體表面沉積。沉積物最終完成氧化鋅膜。這種方式形成的轉化膜膜層較厚，能夠很好地實現鈍化作用，保護金屬。

2 有機鈍化的研究進展

有機鈍化研究，主要是針對雙硅烷鈍化液的金屬鈍化效果的研究。研究過程通過雙硅烷鈍化液對熱鍍鋅板的處理，進行鈍化膜效果的研究。通過研究發現，這一工藝效果非常突出，能夠形成均勻、連續、致密的鈍化膜。成膜后的金屬在腐蝕試驗中，經過長達96小時的腐蝕處理，腐蝕面占總面積比值僅有2%～4%。這項工藝的有機制劑配置及含量為：2%～4%硅烷偶聯劑KH-560，1%～2%硅烷偶聯劑KH-570，1%～1.5%氟鈦酸，20%～25%苯丙乳液，0.1%～1.5%偏釩酸銨，0.2%封閉劑。鈍化所需溫度為150℃。需要鈍化時間約為60秒。同時，要保證鈍化液的鈍化pH值保持在5.0左右。

3 無機有機復合鈍化的研究進展

無機—有機復合鈍化研究，目前有多種鈍化形式。其中發展較多，同時研究方向較為集中的為鈦、鋯化合物以及硅烷復合物的鈍化研究。這種方式受到研究者青睞的原因是由于鈦、鋯化合物成膜與硅烷偶聯劑作用，可以增加金屬氧化物形成后的附著力，同時可以提升金屬膜的均勻性。因此，目前形成的鈦、鋯化合物—硅烷復合鈍化方式有很多成熟的配方和案例。其中較為成功的一種鈍化配方成分及含量為：γ—縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.2%～20.0%、交聯劑聚乙烯醇0.0%～1.0%、碳酸鋯銨0.1%～3.0%，其余質量占比為水。該項鈍化工藝需要將以上配比形成的鈍化液完成金屬表面的液涂，并進一步進行烘烤。烘烤后所得的鈍化膜層重量約為0.2～2.0g/m2。鈍化膜成膜性突出，能夠獲得良好的耐腐蝕性。

除此之外，利用樹脂添加無機鹽的無機—有機復合鈍化研究也有很多。并且通過兩種物質的復合，形成的鈍化膜抗腐蝕效果通常較為完好。例如將丙烯酸樹脂作為樹脂添加無機鹽的無機—有機復合鈍化主成膜劑進行成膜。無機鹽選擇硅烷偶聯劑。將其應用于金屬鈍化采用的工藝配方及含量為丙烯酸樹脂20～30mL/L，鉬酸鹽1～2g/L，磷酸鹽0.1～0.5g/L，改性硅烷偶聯劑5～10mL/L。這種工藝的成膜條件，同樣需要準確控制pH值，要確保其在3.0～4.0范圍內。鈍化成膜溫度為40℃，所需時長約為1分鐘。

4 結語

國內鍍金屬完成的金屬鈍化處理研究，對于金屬的抗腐蝕應用來說具有重要的意義。基于酸性鉻酸鹽鈍化具有重大缺陷這一前提，進行的無機鈍化、有機鈍化、無機與有機化合物復合鈍化研究，是重要的金屬表面鈍化處理研究進展。本文總結了這三種方式的成膜配方以及具體含量。分析三者之間的差異性、環境需求等。希望借此提升我國電鍍金屬表面鈍化的研究進展，提升其具體應用，保證金屬的抗腐蝕效果。

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基金項目：廣東省大學生創新創業訓練計劃項目（編號：S201911847128，S201911847137）;佛山科學技術學院大學生創新創業訓練計劃項目（編號：XJ2019246）;佛山科學技術學院2019年度學生學術基金立項項目;佛山科學技術學院嶺南學者科研啟動項目;2019年廣東省本科高校教育質量與教學改革工程建設項目（環境工程專業教學團隊）資助;佛山科學技術學院校級質量工程2018年度立項建設項目（教學團隊No：8）

作者簡介：楊錦珍（1999—），女，廣東人，本科，研究方向為水處理技術。

*通訊作者：楊富國。