金屬鈍化原理

1、金屬鈍化原理與應(yīng)用金屬鈍化原理與應(yīng)用機(jī)械與汽車工程學(xué)院材料成型及控制工程8金屬鈍化原理及應(yīng)用（ 材料成型及控制工程）摘要：金屬經(jīng)氧化性介質(zhì)處理后，其腐蝕速度比原來(lái)未處理前有顯著下降的現(xiàn)象稱金屬的鈍化。其鈍化機(jī)理主要可用薄膜理論來(lái)解釋，即認(rèn)為鈍化是由于金屬與氧化性介質(zhì)作用，作用時(shí)在金屬表面生成一種非常薄的、致密的、覆蓋性能良好的、能堅(jiān)固地附在金屬表面上的鈍化膜。這層膜成獨(dú)立相存在，通常是氧和金屬的化合物。它起著把金屬與腐蝕介質(zhì)完全隔開的作用，防止金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸，從而使金屬基本停止溶解形成鈍態(tài)達(dá)到防止腐蝕的效果。關(guān)鍵詞：表面處理、鈍化、鉻酸鹽、酸洗鈍化一、概述鈍化現(xiàn)象早在十八世紀(jì)30年代即

2、被發(fā)現(xiàn)，自此得到了廣泛的研究。鈍化現(xiàn)象通常，電極電位愈正，金屬溶解速度愈大。而實(shí)際中，常有電位超過(guò)一定數(shù)值后，電流突然減少，這種現(xiàn)象成為鈍化現(xiàn)象。金屬在介質(zhì)中具有極低的溶解速度的性質(zhì)稱為“鈍性”。金屬在介質(zhì)中強(qiáng)烈溶解的性質(zhì)叫做“活性”。活態(tài)向鈍態(tài)的轉(zhuǎn)變叫做鈍化，能夠使金屬發(fā)生鈍化的物質(zhì)被稱為鈍化劑。鈍化現(xiàn)象發(fā)生通常與氧化介質(zhì)有關(guān)。有時(shí)在非氧化性介質(zhì)中也可以發(fā)生鈍化，如鎂在氫氟酸中、鉬和鈮在鹽酸中、汞和銀在氯離子作用下等。金屬鈍化的定義：在一定條件下，當(dāng)金屬的電位由于外加陽(yáng)極電流或局部陽(yáng)極電流而移向正方向時(shí)，原來(lái)活潑地溶解著的金屬表面狀態(tài)會(huì)發(fā)生某種突變，同時(shí)金屬的溶解速度急速下降，這種表面狀態(tài)的

3、突變過(guò)程叫做鈍化1。金屬鈍化的兩個(gè)必要標(biāo)志：腐蝕速度大幅度下降、電位強(qiáng)烈正移。 金屬鈍化的特征2：金屬的電極電位朝正值方向移動(dòng)；腐蝕速度明顯降低；鈍化只發(fā)生在金屬表面；金屬鈍化以后，即使外界條件改變了，也可能在相當(dāng)程度上保持鈍態(tài)。鈍化的分類化學(xué)鈍化：金屬與鈍化劑自然作用產(chǎn)生（如：Cr，Al，Ti等金屬在含氧溶液中）又稱自鈍化。電化學(xué)鈍化（陽(yáng)極鈍化）：外電流使金屬陽(yáng)極鈍化，使其溶解速度大幅降低，并且能夠保持高度的穩(wěn)定性。陽(yáng)極鈍化和化學(xué)鈍化的實(shí)質(zhì)是一樣的。機(jī)械鈍化：在一定環(huán)境下金屬表面沉積出一層較厚的，但不同程度稀松的鹽層，實(shí)際上起了機(jī)械隔離反應(yīng)物的作用。研究金屬鈍化的意義金屬的鈍化現(xiàn)象具有極大的

4、重要性。提高金屬材料的鈍化性能，促使金屬材料在使用環(huán)境中鈍化，是腐蝕控制的最有效控制之一。二、鉻酸鹽鈍化31.概述生產(chǎn)中最常用的鈍化方法就是鉻酸鹽處理，這種方法能夠使金屬表面轉(zhuǎn)化成以鉻酸鹽為主要組成的膜以實(shí)現(xiàn)鈍化處理。 金屬進(jìn)行鉻酸鹽處理的目的如下：提高金屬或金屬鍍層的抗腐蝕性能。對(duì)于金屬鍍層來(lái)說(shuō)，在其上的鉻酸鹽膜不但可以延緩鍍層出現(xiàn)腐蝕的時(shí)間，而且是鍍層對(duì)基底金屬做到更有效的防護(hù)。避免金屬表面受到手觸的污染。提高金屬同漆層或其他有機(jī)涂料的粘附能力。獲得帶色的裝飾外觀。2. 基本原理按照一般的見(jiàn)解，金屬在含有能起活作用的添加物的鉻酸鹽溶液中形成鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜4的過(guò)程，大致是：表面金屬被氧化并以離

5、子的形式轉(zhuǎn)入溶液，與此同時(shí)氫在表面析出；所析出的氫促使一定數(shù)量的六價(jià)鉻還原為鉻，并由于金屬-溶液界面液相區(qū)pH的提高，三價(jià)鉻便以氫氧化鉻膠體的形式沉淀；氫氧化鉻膠體自溶液中吸附和結(jié)合一定數(shù)量的六價(jià)鉻，構(gòu)成具有某種組成的轉(zhuǎn)化膜。3. 膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)鉻酸鹽成膜的機(jī)理至今還眾所紛紜，對(duì)鉻酸鹽膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，有許多報(bào)道，尤其隨溶液和工藝差異而不同，一般講的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜的主要成分是三價(jià)鉻和六價(jià)鉻【Cr2O3·CrO4·nH2O、Cr(OH）CrO4、Cr(OH)3·Cr2(CrO4)3】4. 鈍化工藝技術(shù)鋅鎘鈍化技術(shù)鎂合金鈍化技術(shù)5鋁及鋁合金鈍化技術(shù)3、 酸洗鈍化1.

6、概述酸洗鈍化是一種化學(xué)反應(yīng)，用以去除鋼鐵表面的腐銹現(xiàn)象。對(duì)不銹鋼全面酸洗鈍化，清除各類油污、銹、氧化皮、焊斑等污垢，處理后表面變成均勻銀白色，大大提高不銹鋼抗腐蝕性能，適用于各種型號(hào)不銹鋼零件、板材及其設(shè)備。特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單，使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，同時(shí)添加了高效緩蝕劑6、抑霧劑，防止金屬出現(xiàn)過(guò)腐蝕和氫脆現(xiàn)象、抑制酸霧的產(chǎn)生。特別適用于小型復(fù)雜工件，不適合涂膏的情況，優(yōu)于市場(chǎng)同類產(chǎn)品。四、鈍化操作方法鈍化時(shí)一般用重鉻酸鉀溶液（24克/升，有時(shí)也加入12克磷酸），在80-90攝氏度浸嘖2-3分鐘取出,水洗即可。在蝕刻不銹鋼工藝中，我們常常遇著產(chǎn)品發(fā)黃，這里我們需要鈍化工藝來(lái)處理。1）一次鈍化液的成分及工

7、作條件組成及條件 彩色鈍化 鈍化后要漂白 組成用條件 彩色鈍化 鈍化后要漂白液及溫度 的濃度及溫度 液及溫度 的濃度及溫度鉻酸 250300G/l 200250G/l 硫酸 1020ML/L 2430ML/L3040ML/L 1520ML/L 溫度 3040度 室溫2）二次印化溶液的組成及工作條件：氨三乙酸-氯化銨鋅如果采用二次鈍化工藝，鈍化膜色澤均勻，五彩鮮艷，膜層細(xì)致，膜與鍍鋅層結(jié)合力好，防腐蝕性也比一次鈍化好。二次鈍化液組成及條件 甲槽 乙槽鉻酐質(zhì)量濃度/g.l-1 170200 4050硫酸體積分?jǐn)?shù)/ML。L-1 67 2硝酸體積分?jǐn)?shù)/ML。L-1 78 56硫酸亞鐵質(zhì)量濃度/G。L-

8、1 810 67鋅粉質(zhì)量濃度/G。L-1 12 68溫度 室溫 室溫時(shí)間/S 2040 2030經(jīng)甲槽鈍化后不經(jīng)過(guò)清洗，直接投入乙槽，乙槽鈍化液有時(shí)還沖淡使用。鈍化處理具體應(yīng)用鉻酸鹽鈍化鍍錫鋼板的鉻酸鹽鈍化處理2.酸洗鈍化切削加工后的清洗及酸洗鈍化不銹鋼工件經(jīng)切削加工后表面上通常會(huì)殘留鐵屑、鋼末及冷卻乳液等污物，會(huì)使不銹鋼表面出現(xiàn)污斑與生銹，因此應(yīng)進(jìn)行脫脂除油，再用硝酸清洗，既去除了鐵屑鋼末，又進(jìn)行了鈍化。焊接前后的清洗及酸洗鈍化 由于油脂是氫的來(lái)源，在沒(méi)有清除油脂的焊縫中會(huì)形成氣孑L，而低熔點(diǎn)金屬污染(如富鋅漆)焊接后會(huì)造成開裂，所以不銹鋼焊前必須將坡口及兩側(cè)20mm內(nèi)的表面清理干凈，油污可

9、用丙酮擦洗，油漆銹跡應(yīng)先用砂布或不銹鋼絲刷清除，再用丙酮擦凈。 不銹鋼設(shè)備制造無(wú)論采用何種焊接技術(shù)，焊后均要清洗，所有焊渣、飛濺物、污點(diǎn)與氧化色等均要除掉，清除方法包括機(jī)械清洗與化學(xué)清洗。機(jī)械清洗有打磨、拋光與噴砂噴丸等，應(yīng)避免使用碳鋼刷子，以防表面生銹。為取得最好的抗腐蝕性能，可將其浸泡在HNO3和HF的混液中，或采用酸洗鈍化膏。鍛鑄件的清洗 經(jīng)鍛鑄等熱加工后的不銹鋼工件，表面往往有一層氧化皮、潤(rùn)滑劑或氧化物污染，污染物包括石墨、二硫化鉬與二氧化碳等。應(yīng)通過(guò)噴丸處理7、鹽浴處理以及多道酸洗處理。六、注意事項(xiàng)預(yù)處理酸洗鈍化的前處理不銹鋼工件酸洗鈍化前如有表面污物等，應(yīng)通過(guò)機(jī)械清洗，然后除油脫脂

10、。如果酸洗液與鈍化液不能去除油脂，表面存在油脂會(huì)影響酸洗鈍化的質(zhì)量，為此除油脫脂不能省略，可以采用堿液、乳化劑、有機(jī)溶劑與蒸汽等進(jìn)行酸洗控制酸洗液及沖洗水中Cl-的控制某些不銹鋼酸洗液或酸洗膏采用加入鹽酸、高氯酸，三氯化鐵與氯化鈉等含氯離子的侵蝕介質(zhì)作為主劑或助劑去除表面氧化層，除油脂用三氯乙烯等含氯有機(jī)溶劑，從防止應(yīng)力腐蝕破裂來(lái)說(shuō)是不太適宜的。此外，對(duì)初步?jīng)_洗用水可采用工業(yè)水，但對(duì)最終清洗用水要求嚴(yán)格控制鹵化物含量。通常采用去離子水。如石化奧氏體不銹鋼壓力容器進(jìn)行水壓試驗(yàn)用水，控制Cl-含量不超過(guò)25mg/L，如無(wú)法達(dá)到這一要求，在水中可加入硝酸鈉處理，使其達(dá)到要求，Cl-含量超標(biāo)，會(huì)破壞不

11、銹鋼的鈍化膜，是點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂等的根源。酸洗鈍化操作中的工藝控制硝酸溶液?jiǎn)为?dú)用于清除游離鐵和其它金屬污物是有效的，但對(duì)清除氧化鐵皮，厚的腐蝕產(chǎn)物，回火膜等無(wú)效，一般應(yīng)采用HNO3+HF溶液，為了方便與操作安全，可用氟化物代替HF。單獨(dú)HNO3溶液可不加緩蝕劑，但HNO3+HF酸洗時(shí)，需要加Lan-826。使用HNO3+HF酸洗，為防止腐蝕，濃度應(yīng)保持5：1的比例。溫度應(yīng)低于49，如過(guò)高，HF會(huì)揮發(fā)。對(duì)鈍化液，HNO3應(yīng)控制在20%50%之間，根據(jù)電化學(xué)測(cè)試，HNO3濃度小于20%處理的鈍化膜質(zhì)量不穩(wěn)定，易產(chǎn)生點(diǎn)蝕，但HNO3濃度也不宜大于50%，要防止過(guò)鈍化。用一步法處理除油酸洗

12、鈍化，雖然操作簡(jiǎn)便，節(jié)省工時(shí)，但該酸洗鈍化液(膏)中會(huì)有侵蝕性HF，因此其最終保護(hù)膜質(zhì)量不如多步法。酸洗過(guò)程中允許在一定范圍內(nèi)調(diào)整酸的濃度、溫度與接觸時(shí)間。隨著酸洗液使用時(shí)間的增長(zhǎng)，必須注意酸濃度和金屬離子濃度的變化，應(yīng)注意避免過(guò)酸洗，鈦離子濃度應(yīng)小于2%，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。一般來(lái)說(shuō)，提高酸洗溫度會(huì)加速與改善清洗作用，但也可能增加表面污染或損壞的危險(xiǎn)。不銹鋼敏化條件下酸洗的控制某些不銹鋼由于不良熱處理或焊接造成敏化，采用HNO&HF酸洗可能會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，由晶間腐蝕引起的裂縫在運(yùn)行時(shí)，或清洗時(shí)，或隨后加工中，能夠濃縮鹵化物，而引起應(yīng)力腐蝕。這些敏化不銹鋼一般不宜用HNO3+HF溶液

13、除鱗或酸洗。在焊后如必須進(jìn)行這種酸洗，應(yīng)采用超低碳或穩(wěn)定化的不銹鋼。不銹鋼與碳鋼組合件的酸洗對(duì)不銹鋼與碳鋼組合件(如換熱器中不銹鋼管子、管板與碳鋼殼體)，酸洗鈍化若采用HNO3或 HNO3+HF會(huì)嚴(yán)重腐蝕碳鋼，這時(shí)應(yīng)添加合適的緩蝕劑如Lan-826。當(dāng)不銹鋼與碳鋼組合件在敏化狀態(tài)下，不能用HNO3+HF酸洗時(shí)，可采用羥基乙酸(2%)+甲酸(2%)+緩蝕劑，溫度93，時(shí)間6h或EDTA銨基中性溶液+緩蝕劑，溫度：121，時(shí)間：6h，隨后用熱水沖洗并浸入10mg/L氫氧化銨+100mg/L聯(lián)氨中。后處理不銹鋼工件經(jīng)酸洗和水沖洗后，可用含10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH+4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))KMnO4的堿1生

14、高錳酸鹽溶液在7182中浸泡560min，以去除酸洗殘?jiān)?，然后用水徹底沖洗，并進(jìn)行干燥。不銹鋼表面經(jīng)酸洗鈍化后出現(xiàn)花斑或污斑，可用新鮮鈍化液或較高濃度的硝酸擦洗而消除。最終酸洗鈍化的不銹鋼設(shè)備或部件應(yīng)注意保護(hù)，可用聚乙烯薄膜覆蓋或包扎，避免異金屬與非金屬接觸。對(duì)酸性與鈍化廢液的處理，應(yīng)符合國(guó)家環(huán)保排放規(guī)定。如對(duì)含氟廢水可加石灰乳或氯化鈣處理。鈍化液盡可能不用重鉻酸鹽，如有含鉻廢水，可加硫酸亞鐵還原處理。酸洗可能引起馬氏體不銹鋼氫脆，如需要可通過(guò)熱處理去氧(加熱至200保溫一段時(shí)間)。參考文獻(xiàn)：1 張文靜.熱鍍鋅板新型三價(jià)鉻鈍化液及工藝的研究D.遼寧：沈陽(yáng)理工大學(xué)，2014：5-7.2金海玲.電鍍鋅無(wú)鉻彩色鈍化工藝優(yōu)化D.云南：昆明理工大學(xué)，2014：3-5.3 黃清.鈍化液中的鋅對(duì)鍍鋅件鉻酸鹽鈍化的影響及鉻酸鹽鈍化液再生研究D.廣東：華南理工大學(xué)，2015:1-14.4孫杰， 安成強(qiáng)， 于曉中， 譚勇.不同表面狀態(tài)鍍錫