鋼鐵的防腐處理及其耐蝕性測試（1）
鋼鐵的腐蝕受環(huán)境影響較大，在潮濕的大氣和其他潮濕氣體下的腐蝕，是最普遍的腐蝕現(xiàn)象。此外，由于鋼鐵是工業(yè)設(shè)備制造中最常用的金屬，工業(yè)電解質(zhì)和氣體的腐蝕環(huán)境更加惡劣。通常情況下，由于受到不同因素的影響，金屬腐蝕過程的形式并不是一成不變的。外部因素包括溫度、壓力、pH值、介質(zhì)組成等;內(nèi)部因素包括金屬材料的化學(xué)組成、金屬表面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、金屬的晶型等。不同的影響因素會導(dǎo)致不同的腐蝕，根據(jù)腐蝕反應(yīng)歷程可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕是金屬在導(dǎo)電的溶液介質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)腐蝕的形態(tài)，可進一步劃分為均勻的全面腐蝕和不均勻的全面腐蝕，以及點腐蝕、晶間腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕。對于鋼鐵的防護可以通過涂覆涂層和鍍層、施加電化學(xué)保護、添加緩蝕劑等方面進行。
2. 電鍍Zn-Ni合金
在鋼鐵件表面電鍍耐蝕性的Zn基金屬鍍層并進行鈍化處理是防腐蝕的有效手段之一。電鍍Zn一Ni(Ni的質(zhì)量分數(shù)為13%)合金鍍層是防護性鍍層中的典型代表，具有優(yōu)異的耐蝕性能，其耐蝕性是鍍鋅層的6倍，可用于高防護性部件或者代鎘鍍層，且氫脆小、可成型性好，鍍層與基體結(jié)合牢固，是鋼鐵材料理想的防護性鍍層。目前常用的Zn一Ni合金鍍液主要有:硫酸鹽、弱酸性氯化物及堿性鋅酸鹽鍍液。其中，酸性鍍液電鍍Zn一Ni合金的陰極電流效率高(≥95%)，沉積速度快，氫脆小，容易得到鎳含量多(11% ~ 15%)的鍍層。堿性鋅酸鹽鍍液分散能力高，適用于復(fù)雜工件電鍍，但是陰極電流效率低(50%~ 80%)，所得鍍層鎳含量一般較低(6% ~ 9%)。以高鎳含量酸性氯化物鍍液為例，其鍍液組成及工藝條件為:
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氯化鋅 |
70~ 80 g· L-1 |
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氯化鎳 |
100~ 120 g· L-1 |
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氯化銨 |
30~~40 g· L-1 |
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氯化鉀 |
190~220 g· L-1 |
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硼酸 |
20~30 g· L-1 |
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乙酸鈉 |
20~35 g· L-1 |
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添加劑721一3 |
1~2mL· L-1 |
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pH |
4·5~ 5 |
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溫度 |
25~ 40 °C |
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陰極電流密度 |
1~ 4A· dm-2 |
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陽極 |
鋅、鎳分控 |
由于電鍍合金鍍層元素比單一鍍種多，因此鍍液成分相對復(fù)雜。鍍液的組成對鍍層的質(zhì)量影響較大，工藝條件也對鍍層質(zhì)量有較大影響。溫度對合金成分影響較大，一方面影響陰極極化，另一方面影響陰極擴散層中的離子濃度。pH值對鍍層中鎳含量影響較大，pH值增加，鍍層中的鎳含量有所下降。電流密度增大，陰極電勢降低，合金中電勢較低的金屬含量增加。合金電鍍中的陽極除了導(dǎo)電和保持陰極電力線均勻分布外，還有補充金屬離子、維持鍍液穩(wěn)定的重要作用，對于Zn→Ni合金電鍍，鋅、鎳分掛、分控的陽極方式是目前普遍采用的方法。
3. Zn一Ni合金的鈍化處理
Zn-Ni合金鍍層和鍍鋅層一樣，對鋼鐵基體來說都是陽極鍍層，具有良好的耐蝕性，經(jīng)過鈍化處理可以進--步提高耐蝕性。例如，Zn-Ni合金鍍層經(jīng)過絡(luò)酸鹽鈍化處理得到不同彩色鈍化膜，其耐蝕性比鍍鋅層的彩色鈍化膜要高出5倍以上。但是Zn-Ni合金上的鈍化比鍍鋅層鈍化要困難，，尤其是當(dāng)鍍層鎳含量增高時，鈍化更加困難，當(dāng)鎳含量超過16%時，Zn-Ni鍍層很難鈍化。Zn+Ni合金鍍層鈍化分為彩色、黑色和白色鈍化等。以彩色鈍化為例，主要成分是鉻酐或鉻酸鹽，其組分及工藝條件如下:
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鉻酐 |
3~ 15 g· L-1 |
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促進劑 |
5~20 g· L-1- |
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pH值 |
0·8~ 1·8 |
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溫度 |
30~70°C |
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浸液時間 |
10~50s |
4. 緩蝕劑
緩蝕劑是以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖诃h(huán)境(介質(zhì))中，可以防止或者減緩材料腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物，緩蝕劑也稱腐蝕抑制劑，是--種常用的防腐蝕措施。通常在腐蝕環(huán)境中加入少量緩蝕劑(百分之幾~千分之幾)，其在金屬表面發(fā)生物理化學(xué)作用，能夠顯著降低金屬材料的腐蝕速度。緩蝕劑的種類較多，按照化學(xué)組成可以分為無機緩蝕劑和有機，緩蝕劑;按電化學(xué)作用機制分為陰極型緩蝕劑、陽極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑;按照金屬表面層結(jié)構(gòu)分類可分為氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑以及吸附型緩蝕劑。氧化膜型緩蝕劑具有鈍化作用，使金屬表面發(fā)生氧化形成致密的氧化層，或者修復(fù)原有不完整的鈍化膜，從而抑制金屬的陽極溶解。沉淀膜型緩蝕劑能和金屬表面陽極溶解的金屬離子生成難溶的化合物，以沉淀的形覆蓋在陽極表面，或者形成致密完整的氧化膜。吸附型緩蝕劑主要通過兩種吸附方式達到緩蝕的目的:
①在金屬表面發(fā)生吸附，覆蓋了部分金屬表面，減小了發(fā)生腐蝕的面積。街決費
②在金屬表面活性位點上發(fā)生吸附，降低了活性點的反應(yīng)活性，降低腐蝕速度。潛面目前比較成熟的金屬腐蝕檢測方法有:電阻法、線性極化法、電位法和超聲波測厚法。由于局部腐蝕發(fā)生的位置不確定，測試周期長，在金屬耐腐蝕性能測試中，經(jīng)常采用線性極化法來測試金屬的腐蝕速度，Tafel曲線為經(jīng)典的腐蝕測試方法，通過該曲線的分析可以得到腐蝕過程中的動力學(xué)參數(shù)。
