金属钝化原理

金属钝化原理及应用机械与汽车工程学院材料成形和控制工序金属钝化原理及应用(材料成形及控制工序)摘要：金属经氧化介质处理后，其腐蚀速率明显低于传统未处理前的现象称为金属钝化。 其钝化机理主要可以用薄膜理论来说明，钝化是由于金属和氧化性介质的作用，作用时在金属表面形成非常薄、致密、复盖性能良好、能牢固附着在金属表面的钝化膜。 该膜作为独立相存在，通常为氧和金属的化合物。 它起到完全分离金属和腐蚀介质的作用，防止金属和腐蚀介质直接接触，几乎停止金属的溶解，使其钝化，具有防止腐蚀的效果。关键词：表面处理、钝化、铬酸盐、酸洗钝化一、概要钝化现象发现于18世纪30年代，自此获得了广泛的研究。在钝化现象中，金属溶解速率通常随着电极电势为正而增加。 实际上，如果电位超过一定的值，电流急剧减少的现象多为钝化现象。金属对介质具有极低溶解速度的性质叫做“钝性”。 金属在介质中强烈溶解的性质叫做“活性”。 从活性状态向惰性状态的变化叫做惰性化，能够使金属惰性化的物质叫做惰性化剂。 钝化现象的发生通常与氧化介质有关。 镁在氢氟酸中、钼和铌在盐酸中、水银和银在氯离子作用等，也有在非氧化性介质中钝化的情况。金属钝化的定义：在一定条件下，当金属电位在阳极电流或局部阳极电流的施加下向正方向移动时，本来活跃溶解的金属的表面状态发生某种突变，同时金属的溶解速度迅速下降，这种表面状态的突变过程称为钝化1。金属钝化的两个必要标志：腐蚀速度大幅度降低，电位强烈正移。金属钝化特点2 :金属的电极电位向正值的方向移动腐蚀速度显着降低钝化只发生在金属表面金属钝化后，即使外界条件发生变化，也有可能保持相当的钝化。钝化的分类化学钝化：产生金属与钝化剂的自然作用(如Cr、Al、Ti等金属在含氧溶液中)也称为自钝化。电化学钝化(阳极钝化):外电流使金属阳极钝化，大幅度降低溶解速度，保持高稳定性.阳极钝化和化学钝化的本质相同。机械钝化：在一定的环境下金属表面堆积着厚层，但是一定程度的松散盐层实际上起着机械隔离反应物的作用。研究金属钝化的意义金属钝化现象极为重要。 提高金属材料的钝化性能，促进金属材料在使用环境下的钝化，是控制腐蚀的最有效控制之一。二、铬酸盐钝化31 .概要生产中最常用的钝化方法是铬酸盐处理，该方法可以使金属表面转化为以铬酸盐为主要成分的膜来实现钝化处理。 金属铬酸盐处理的目的如下：提高金属或金属镀层的耐腐蚀性。 在金属镀层中，其上的铬酸盐被膜不仅延迟镀层腐蚀的时间，而且镀层更有效地保护基底金属。防止用手触摸金属表面造成污染。提高金属与涂料层及其他有机涂料的附着力。获得有色装饰的外观。2 .基本原理根据一般见解，在含有能够活化金属的添加物的铬酸盐溶液中形成铬酸盐被膜4的过程大致如下表面金属被氧化，作为离子进入溶液，与此同时氢在表面析出析出的氢将一定数量的六价铬还原成铬，金属溶液界面液相区域的pH值升高，三价铬作为氢氧化铬胶体沉淀氢氧化铬胶体从溶液中吸附一定数量的六价铬并结合，构成具有某种组成的转化膜。3 .膜的结构和性质铬酸盐膜的机理迄今还不尽相同，关于铬酸盐膜的化学组成和结构有很多报道，特别是根据溶液和工艺的不同，一般所说的铬酸盐膜的主要成分有三价铬和六价铬Cr2O3CrO4nH2O、Cr(OH)CrO4、Cr (oh )4 .钝化技术锌镉钝化技术镁合金钝化技术5铝及铝合金钝化技术；3 .酸洗钝化1 .概要酸洗钝化是去除钢铁表面锈蚀的化学反应。 使不锈钢全面酸洗钝化，去除各种油污、锈蚀、氧化皮、焊斑等污垢，处理后表面均匀银白色，大幅提高不锈钢的耐腐蚀性，适用于各种不锈钢零件、板材及其设备。特征操作简单，使用方便，经济实用，同时添加高效缓蚀剂6、抑雾剂，防止金属过腐蚀和氢脆现象，抑制酸雾的产生。 特别适用于小型复杂的工件，不适合涂膏，优于市场同类产品。四、钝化操作方法钝化时，一般使用重铬酸钾溶液(24g/升，有时为磷酸12 )，在80-90下浸渍23分钟取出，水洗即可。在蚀刻不锈钢的过程中，我们经常遇到产品变黄，这里需要钝化过程。1 )一次钝化液的成分和工作条件组成及条件彩色钝化后，漂白组成用条件彩色钝化后，漂白液体及温度浓度及温度液体及温度的浓度及温度铬酸250300G/l 200250G/l硫酸1020ML/L 2430ML/L3040ML/L 1520ML/L温度3040度室温2 )二次印刷溶液的组成和工作条件：氨三乙酸-氯化铵锌采用二次钝化技术，钝化膜颜色均匀，色彩鲜艳，膜层细，膜与镀锌层结合力好，防腐蚀性也好于一次钝化。二次钝化液组成及条件甲槽乙槽铬酐质量浓度/g.l-1 170200 4050硫酸体积分数/ML。 L-1 67 2硝酸体积分数/ML。 L-1 78 56硫酸亚铁质量浓度/G。 L-1 810 67锌粉的质量浓度/G。 L-1 12 68温度室温时间/S 2040 2030甲槽钝化后，不洗净而投入乙槽，乙槽钝化液有时稀释使用。钝化处理的具体应用铬酸盐钝化镀锡钢板铬酸盐钝化处理2 .酸洗钝化切削加工后的清洗和酸洗钝化不锈钢工件经切削加工后，表面残留铁屑、钢末、冷却乳液等污垢，不锈钢表面产生污垢和锈蚀，脱脂除油，硝酸洗净，除铁屑钢末，钝化。焊接前后的清洗和酸洗钝化油脂是氢的来源，在未除去油脂的焊接部产生气体，焊接低熔点金属污染(如富锌涂料)后产生裂纹，因此在不锈钢焊接前必须清洁坡口和两侧20mm以内的表面。 油污应用丙酮擦拭，油锈应先用砂布或不锈钢丝擦拭，再用丙酮擦拭。不锈钢设备的制造无论采用什么焊接技术，焊接后都要清洗，溅射、溅射、污垢和氧化色都要去除，去除方法包括机械清洗和化学清洗。 机械清洗包括打磨、打磨、喷砂等，避免使用碳钢刷，避免表面生锈。 为了获得最高的防腐蚀性能，可以浸泡在HNO3和HF的混合液中，或者采用酸洗钝化膏。铸件的清洗锻铸等热加工过的不锈钢工件，表面多有氧化皮膜、润滑剂、氧化物污染，污染物包括石墨、二硫化钼和二氧化碳等。 喷砂处理7、盐浴处理及多种酸洗处理。六、注意事项预处理酸钝化的前处理不锈钢工件酸钝化前如有表面污垢等，用机器清洗，去油脱脂。 酸洗液和钝化液不能除去油脂时，表面存在油脂会影响酸洗钝化的品质，因此油分除去脱脂不能省略，可以用碱液、乳化剂、有机溶剂和蒸汽等进行酸洗控制酸洗液及清洗水中Cl-的控制在不锈钢酸洗液和酸洗浆中，也有将盐酸、高氯酸、氯化铁和氯化钠等含氯离子的侵蚀介质作为主剂和助剂，除去表面氧化层，使用除油脂以外的氯化二氯乙烯等含氯有机溶剂，防止应力腐蚀裂纹是不太合适的。 另外，预清洗用水可以采用工业水，但最终清洗用水需要严格控制卤化物的含量。 通常使用去离子水。 在石化奥氏体不锈钢压力容器中进行水压试验用水，控制Cl-含量不超过25mg/L，在水中加入硝酸钠进行处理，可满足要求，Cl-含量超过标准，破坏不锈钢钝化膜，进行孔蚀、间隙腐蚀、应力腐蚀作用酸洗钝化操作中的过程控制硝酸溶液单独有效去除游离铁和其他金属污垢，但对去除铁皮、厚腐蚀产物、回火膜等无效，一般采用HNO3 HF溶液，为了操作和安全，使用氟化物代替HF。 HNO3溶液单独添加缓蚀剂也可以，但HNO3 HF酸洗时，需要添加Lan-826。 使用HNO3 HF进行酸洗，为了防止腐蚀，将浓度保持在5:1的比例。 温度在49以下，过高时HF挥发。相对于钝化液，HNO3应控制在20%50%之间，电化学测定表明，HNO3浓度低于20%处理的钝化膜质量不稳定，容易发生点蚀，但HNO3浓度也不能超过50%。一步处理除油的酸洗钝化，操作简单，可节约工时，但由于该酸洗钝化液(膏)具有侵蚀性HF，最终保护膜的质量差于多级式。酸洗中可在一定范围内调节酸的浓度、温度、接触时间。 随着酸洗液使用时间的延长，必须注意酸浓度和金属离子浓度的变化，应避免过酸洗，钛离子浓度不足2%会导致严重的点蚀。 一般来说，提高酸洗温度会加速清洗作用并改善，但表面污染和破损的危险性也会提高。不锈钢敏化条件下酸洗的控制一些不锈钢由于热处理不良或焊接而增感，HNOHF酸洗可能会发生晶界腐蚀，晶界腐蚀引起的裂纹在运转或清洗时或之后的加工中浓缩卤化物，可能引起应力腐蚀。 这些敏化不锈钢一般不应该用HNO3 HF溶液进行除垢和酸洗。 焊接后需要进行这种酸洗时，采用超低碳或稳定化的不锈钢。不锈钢和碳钢组合的酸洗对于不锈钢和碳钢的组合(例如热交换器的不锈钢管、管板和碳钢壳体)，如果酸洗钝化采用HNO3或HNO3 HF会严重腐蚀碳钢，则添加适当的缓蚀剂，例如Lan-826。 不锈钢和碳钢的组合在敏化状态下无法用HNO3 HF酸洗时，用羟基乙酸(2% )甲酸(2% )缓蚀剂、温度93、时间6h或EDTA铵基中性溶液缓蚀剂、温度121、时间6h，然后用温水洗涤，100mg/L氢氧化铵后处理不锈钢工件用酸洗和水洗净后，将含有10% (质量分数) NaOH 4% (质量分数) KMnO4的碱1生高锰酸盐溶液在7182下浸渍560min，除去酸洗残渣，用水完全洗净，干燥。 不锈钢表面经酸洗钝化后出现花斑和污垢，用新鲜钝化液和较高浓度的硝酸擦拭即可去除。 最终酸洗钝化的不锈钢设备和零件要注意保护。 用聚乙烯薄膜复盖或包裹，以免与非金属接触。酸性和钝化废液的处理，必须符合国家环境保护排放规定。 例如，可以在含氟废水中加入石灰乳或氯化钙进行处理。 钝化液尽量不使用重铬酸盐，如有含铬废水，可加入硫酸亚铁进行还原处理。酸洗可能会引起马氏体不锈钢的氢脆现象，必要时通过热处理除氧(加热到200保温一段时间)。参考文献：1张静.热镀锌板新型三价铬钝化液与技术研究D .辽宁：沈阳理工大学，2014:5-72金海玲.电镀锌无铬彩色钝化技术优化D .云南：昆明理工大学，2014:3-53黄清.钝化液中锌对镀锌产品铬酸盐钝化的影响及铬酸盐钝化液再生研究D .广东：华南理工大学，2015:1-144孙杰、安成强、晓中、谭勇.不同表面状态镀锡钢板铬酸盐钝化膜中