钢铁表面氟铁酸盐转化处理新技术研究

钢铁表面镀锌铬酸盐化学和磷化处理工艺是一百年来提高钢铁防腐性能最常用和最经济有效的两种方法。由于铬酸盐的致癌性、磷化处理对环境的污染和防腐性能一般的缺点，环境友好的替代技术已经成为世界各国科学研究的热点。本课题通过对金属表面转化膜形成过程和形成机理的分析和比较，利用氟对钢铁的强刻蚀性、氟铁络离子的稳定性和生成氟铁酸盐沉淀的原理，在申请者最近在铝合金表面成功制备性能优异的氟铝酸盐转化膜的基础上，运用先进的仪器分析手段，通过研究钢铁表面、转化液性质和反应条件对成膜反应和膜性能的影响，从化学沉淀反应和晶体结晶学的角度分析，提出钢铁表面氟铁酸盐转化膜的成膜条件、成膜机理及最佳处理工艺流程。课题研究填补钢铁表面化学转化处理技术制备氟铁酸盐防腐膜的世界研究空白，为增强我国的科技自主创新能力，开发具有自主知识产权、绿色环保、实用有效的钢铁表面防腐处理新技术，具有重要的科学研究意义和广泛的开发应用前景。

钢铁是应用范围最广、使用量最大但却又是最容易腐蚀的金属。作为年产量超过6亿吨的世界第一钢铁大国，钢铁的腐蚀对我国国民经济造成的损失极其巨大。目前，钢铁表面腐蚀保护常采用磷化处理和钢铁镀锌铬酸盐处理两种方法。由于磷酸盐易引起水体富营养化问题，国家环境保护“十二五”规划中要求在重点区域实施总磷排放总量控制；而铬酸盐的致癌性使得金属表面铬酸盐处理工艺遭到全世界的禁止使用，我国首个“十二五”专项规划 —《重金属污染综合防治“十二五”规划》更是明确提出铬为主要总量控制的金属。因此，研究开发钢铁表面经济有效的无磷无铬转化膜防腐处理技术迫在眉睫。. 在有机复合膜改进氟铁酸钾转化膜耐蚀性的研究中，利用钢铁表面形成氟铁酸钾转化膜的条件与导电聚苯胺膜制备条件相同的特点，在氟铁酸钾转化液中加入苯胺，通过原位聚合反应在钢铁表面成功制备了一种墨绿色导电聚苯胺膜。采用SEM、红外光谱、极化曲线、中性盐雾试验对聚苯胺膜层的组成结构、耐腐蚀性研究结果表明，膜层聚苯胺处于中间氧化态，导电聚苯胺膜使钢铁的腐蚀电位增加了49 mV，钢铁的耐蚀性能明显提高，中性盐雾试验时间达到48h。. 在无机复合膜改进氟铁酸钾转化膜耐蚀性的研究中发现，双氧水和转化反应时间的影响非常大。采用由氟化钾125 g/L、过硫酸铵5～25g/L、双氧水95～115mL/L、硝酸85～90 mL/L，组成的转化液，在50～65℃的条件下反应90～180分钟时，在钢铁表面获得的氟铁酸盐转化膜中性盐雾时间可以达到72～120小时。扫描电镜形貌结构和X射线光电子能谱分析结果表明，转化膜由氟铁酸钾和铁氧化物组成，颗粒均匀、粗大致密的结构使得钢铁的耐腐蚀性显著提高。虽然氟对环境也存在污染问题，但相对六价铬和磷酸盐，它的毒性和影响相对较小，处理也相对经济、简单。尤其是氟铁酸盐转化膜所表现出来的优良耐蚀性能和全世界钢铁腐蚀损失巨大的现状使得钢铁表面氟铁酸盐转化膜技术值得开展进一步深入研究。