趙立新，邵 穎，邵忠財(cái)，，李廣宇

(1.牡丹師范學(xué)院超硬材料實(shí)驗(yàn)室，黑龍江牡丹江 157012;2.沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110159)

超聲波清洗對(duì)鍍錫鈍化膜耐蝕性能的影響

趙立新1，邵 穎2，邵忠財(cái)1，2，李廣宇2

(1.牡丹師范學(xué)院超硬材料實(shí)驗(yàn)室，黑龍江牡丹江 157012;2.沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110159)

鋼板經(jīng)鍍錫、軟熔及重鉻酸鹽電解鈍化后，在其表面殘留的六價(jià)鉻和黑灰嚴(yán)重影響錫層的耐腐蝕性能。利用超聲波清洗鈍化后的鍍錫板，達(dá)到去除鍍錫板缺陷處的六價(jià)鉻和黑灰而不影響鍍錫板表面性能的目的。研究了超聲波頻率、清洗時(shí)間和溫度對(duì)鍍錫板耐腐蝕性能的影響。結(jié)果表明:超聲波清洗能夠提高鍍錫層的耐蝕性。

超聲波清洗;鍍錫鈍化膜;耐蝕性

引言

目前國(guó)際上傳統(tǒng)的鍍錫鋼板生產(chǎn)時(shí)在鍍錫層經(jīng)軟熔處理后，均采用在重鉻酸鹽溶液中進(jìn)行陰極電解鈍化處理，使其表面上形成鉻酸鹽鈍化膜。這種鉻酸鹽鈍化膜不僅可以提高鍍錫鋼板的耐蝕性，且可以抑制因鍍錫鋼板長(zhǎng)期儲(chǔ)藏以及在涂料的加熱烘烤過程中發(fā)生錫氧化引起的變黃［1-3］。以六價(jià)鉻為主的鈍化液若沖洗不干凈便會(huì)殘留在鍍錫鋼板的表面，很可能對(duì)人體造成危害［4］。超聲波清洗被國(guó)際公認(rèn)為是當(dāng)前效率最高、效果最好的清洗方式，其清洗效率達(dá)到了98%以上，清洗潔凈度也達(dá)到了最高級(jí)別。而傳統(tǒng)的人工清洗和有機(jī)溶劑清洗的清洗效率僅僅為60%～70%，氣相清洗和高壓水射流清洗的清洗效率也低于90%［5-8］。

本文擬利用超聲波清洗鈍化后的鍍錫板，達(dá)到去除鍍錫板缺陷處的六價(jià)鉻和黑灰而不影響鍍錫板表面鈍化膜性能。關(guān)鍵問題是考察在鍍錫板鈍化后清洗過程中，超聲波對(duì)鍍錫板缺陷處的六價(jià)鉻和軟熔過程產(chǎn)生的黑灰的去除效果。研究不同超聲波頻率、時(shí)間施加方式和溫度對(duì)六價(jià)鉻和黑灰的去除效果和對(duì)鈍化膜表面性能、形貌的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 鍍錫板鈍化及超聲波清洗工藝流程

鍍錫板鈍化及超聲波清洗工藝流程如下:

化學(xué)除油→水洗→烘干→除銹→水洗→烘干→軟熔→水洗→烘干→鈍化→水洗→烘干→超聲波清洗→烘干。

1.2 鍍錫及鈍化工藝

堿性鍍錫配方及工藝條件如下:

75～90 g/L錫酸鈉、8～12 g/L氫氧化鈉、雙氧水適量，θ=70～90℃，Jκ=1～1.5 A/dm2，Ja=3～4 A/dm2，ηκ=60%～75%，t=5s。

電解鈍化處理的配方及工藝條件如下:

25g/L Na2Cr2O7·2H2O，θ=42℃，pH=4.4，Jκ=1.0 A/dm2，t=8s。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料及主要儀器

實(shí)驗(yàn)所用試片為鐵片，尺寸為2cm×5cm。主要儀器:KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器，晶體管直流穩(wěn)壓電源，XJQ-04型金相顯微鏡等。

1.4 性能測(cè)試

1)NaCl溶液浸泡試驗(yàn)，將試片進(jìn)行前處理、鍍錫、軟熔、鈍化及超聲波清洗后，放入40℃的5%氯化鈉溶液中，室溫放置24h后把試片拿出洗凈吹干，觀察表面腐蝕情況。

2)用XJQ-04型金相顯微鏡對(duì)試片進(jìn)行觀察，耐酸蝕和浸泡試驗(yàn)的腐蝕評(píng)價(jià)等級(jí)如表1所示。

表1 腐蝕外觀等級(jí)評(píng)價(jià)表

3)SEM檢測(cè)用S-4800型冷場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡(日立公司生產(chǎn))，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的顯微結(jié)構(gòu)、腐蝕形貌進(jìn)行觀測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 超聲波清洗頻率對(duì)鍍錫層耐蝕性的影響

表2為超聲波頻率對(duì)鍍錫層耐蝕性影響的試驗(yàn)結(jié)果。

表2 超聲波頻率對(duì)鍍錫層耐蝕性的影響

由表2可看出，無(wú)超聲波清洗(在f為0)時(shí)腐蝕等級(jí)最大，耐蝕性最差;超聲波清洗能夠降低試樣的腐蝕等級(jí)，提高其耐蝕性。f為40kHz的超聲波清洗后，鍍錫層在NaCl溶液浸泡腐蝕等級(jí)為2級(jí)，f在59kHz清洗后的鍍錫層浸泡腐蝕等級(jí)為3級(jí)。綜合評(píng)定超聲波清洗后鍍錫層的耐蝕性略有變化，表明超聲波清洗對(duì)鍍錫板有效果，將六價(jià)鉻、黑灰影響耐蝕性的雜質(zhì)清洗掉，不會(huì)破壞膜的性能，可以提高鍍錫板的耐蝕性，f為40kHz時(shí)超聲波清洗耐蝕性比沒用超聲波清洗要好。

2.2 超聲波清洗溫度對(duì)鍍錫層耐蝕性的影響

表3為清洗f為59kHz、t為10s，θ分別為25、35、45、55和65℃下的鍍錫層腐蝕試驗(yàn)結(jié)果。

表3 溫度對(duì)鍍錫層耐蝕性的影響

腐蝕等級(jí)隨清洗溫度的升高而降低，θ為35～45℃時(shí)達(dá)到最低后又隨溫度的升高而升高。綜合評(píng)定清洗f為59kHz、t為10s，θ在35℃時(shí)鍍錫層浸泡腐蝕等級(jí)為2級(jí)，抗腐蝕性和清洗效果最好。

2.3 超聲波清洗時(shí)間對(duì)鍍錫層耐蝕性的影響

表4所示，超聲波清洗f為59kHz、θ=25℃，t分別為5、10、15、20及25s時(shí)試片的腐蝕結(jié)果。

表4 時(shí)間對(duì)鍍錫層耐蝕性的影響

由試驗(yàn)結(jié)果得出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)清洗效果越來越好，15s時(shí)達(dá)到最佳，浸泡腐蝕等級(jí)為2級(jí)。繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間清洗效果反而下降，可能是超聲波使鈍化膜的改變或脫落。

2.4 鍍錫板表面形貌

在f=59kHz，θ=35～45℃，t=10～15s條件下對(duì)鍍錫板表面進(jìn)行超聲波清洗，與未經(jīng)超聲波清洗的鍍錫板，經(jīng)5%氯化鈉溶液浸泡試驗(yàn)后的SEM照片，如圖1所示。

圖1 鍍錫板表面形貌照片

由圖1可見，將超聲波清洗鍍錫板與未經(jīng)超聲波清洗鍍錫板經(jīng)浸泡試驗(yàn)后的微觀表面形貌對(duì)比，很明顯看出超聲波清洗過的鍍錫板腐蝕點(diǎn)少，表面均勻平整，耐蝕性有明顯提高，未經(jīng)超聲波清洗的鍍錫板腐蝕面積大，腐蝕很嚴(yán)重，表明在超聲波清洗條件下鍍錫板耐蝕性能得到很大提高，清洗效果明顯。

3 結(jié)論

1)利用超生波清洗鈍化后鍍錫板，可達(dá)到去除鍍錫板缺陷處的六價(jià)鉻和黑灰，而不影響鍍錫板表面性能的目的。2)經(jīng)一定條件的超聲波清洗能夠提高其耐蝕性，超聲波清洗的鍍錫板耐蝕性較未經(jīng)超聲波清洗的有明顯提高。3)超聲波頻率、清洗時(shí)間和溫度均對(duì)清洗效果有較大的影響。

［1］黃久貴，李寧，蔣麗敏，等.鍍錫板耐蝕性研究及進(jìn)展［J］.電鍍與環(huán)保，2003，23(6):5-8

［2］封勇.光亮酸性鍍錫工藝綜述［J］.機(jī)電元件，2005，25(2):32-36.

［3］Catalá R，Cabanes J M，Bastidas J M.An impedance study on the corrosion properties of lacquered tinplate cans in contact with tuna and mussels in pickled sauce［J］.Corrosion Science，1998，40(9):1455-1467.

［4］Lowrev P C.Tinplate:challenges facing“the other”coated product［J］.American Metal Market，2000，108:16-17.

［5］鮑善惠，陳玲.超聲清洗的原理及最新發(fā)展［J］.陜西師范大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)報(bào)，2004，21(2):107-109.

［6］胡興軍，楊燕.超聲波清洗技術(shù)備受矚目［J］.清洗世界，2004，20(2):26-29.

［7］陳思忠.超聲波清洗技術(shù)與進(jìn)展［J］.洗凈技術(shù)，2004，(2):11-12.

［8］張秀棉，周東良.超聲波技術(shù)及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用［J］.清洗世界，2006，22(1):13-16.

Effect of Ultrasonic Cleaning after Passivation on Corrosion Resistance of Tin Coating

ZHAO Li-xin1，SHAO Ying2，SHAO Zhong-cai1，2，LI Guang-yu2
(1.Laboratory for Superhard Materials，Mudanjiang Normal College，Mudanjiang 157012，China; 2.School of Environmental and Chemical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

A tin coating was plated on a steel sheet and then accepted reflow treatment and passivation in dichromate solution.Ultrasonic was used in cleaning of the tinplate after passivation.Effects of ultrasonic wave frequency，cleaning time and temperature on corrosion resistance of the passivated tin coating were investigated.The experimental results showed that ultrasonic cleaning after passivation not only could remove hexavalent chromium compound and grey dusts remained on the passivation film surface but also could increase corrosion resistance of the tin coating.

ultrasonic cleaning;tin coating passivation film;corrosion resistance

TG174.44

:A

1001-3849(2010)10-0009-03

2010-05-06

:2010-06-08

牡丹江市科技攻關(guān)項(xiàng)目(G2008G0037);黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E200823)