李俊輝，楊國(guó)華，宋鐵創(chuàng)，徐健濤，李凱勇

（1.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山 467000；2.青海民族大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院，青海西寧 810007）

電纜橋架主要起支撐和保護(hù)電纜的作用，使電纜按要求敷設(shè)的同時(shí)與外界隔離。根據(jù)材質(zhì)不同，電纜橋架分成玻璃鋼電纜橋架、不銹鋼電纜橋架、鋁合金電纜橋架和鋼制電纜橋架等［1-2］。與其它材質(zhì)的電纜橋架相比，鋼制電纜橋架成本較低，在諸多行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。然而，鋼制電纜橋架的耐腐蝕性能差，必須進(jìn)行防腐蝕保護(hù)才能較好地滿(mǎn)足使用要求。目前可以采用熱鍍鋅、磷化、噴漆、靜電粉末噴涂等方式對(duì)鋼制電纜橋架進(jìn)行防腐蝕保護(hù)。其中，熱鍍鋅處理后的鋼制電纜橋架耐腐蝕性能很好，但容易造成形變，而且對(duì)鋼制電纜橋架的結(jié)構(gòu)形式也有特別要求。靜電粉末噴涂處理后的鋼制電纜橋架具有良好的外觀和耐腐蝕性能，但工藝流程較為復(fù)雜，而且能耗和成本相對(duì)較高。噴漆雖然成本低，但處理后的鋼制電纜橋架耐腐蝕性能較差，需定期維護(hù)。磷化對(duì)鋼制電纜橋架的結(jié)構(gòu)形式無(wú)特別要求，由于工藝流程較簡(jiǎn)單，加之磷化膜均勻致密，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮筇幚砗缶哂辛己玫哪透g性能，因此展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景［3-6］。

目前，磷化尚未較大規(guī)模的用于鋼制電纜橋架防腐蝕保護(hù)。從推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的角度，開(kāi)展這方面的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。筆者以制造電纜橋架常用材料Q235A 鋼板作為研究對(duì)象，通過(guò)磷化處理對(duì)Q235A 鋼板進(jìn)行防腐蝕保護(hù)，并對(duì)磷化膜進(jìn)行封閉處理，以期為鋼制電纜橋架防腐蝕保護(hù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

Q235A 鋼板經(jīng)打磨后除油污，再依次用無(wú)水乙醇清洗、稀鹽酸浸蝕，最后用去離子水清洗。

1.2 磷化處理

第一步：使用磷酸二氫鋅、硝酸鋅、氟化鈉、硝酸鎳和去離子水配制鋅系磷化液，成分如表1 所示。第二步：使用集熱式磁力攪拌器將配制的磷化液攪拌均勻，同時(shí)預(yù)熱至60 ℃。第三步：處理后的裸鋼板先進(jìn)行表調(diào)，然后浸入預(yù)熱至60 ℃的磷化液中，30 min后取出。

表1 鋅系磷化液成分Tab.1 Components of zinc phosphating solution

1.3 封閉處理

第一步：使用硅酸鈉、鉬酸鈉和去離子水配制封閉液，具體成分如表2 所示，攪拌均勻后預(yù)熱至75 ℃。第二步：將磷化后的裸鋼板浸入封閉液中進(jìn)行封閉處理，12 min后取出。第三步：處理后的裸鋼板用去離子水清洗干凈。

表2 封閉液具體成分Tab.2 Special components of sealing solution

1.4 表征和性能測(cè)試

采用Inspect F50 型掃描電鏡表征裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜的表面形貌，同時(shí)分析它們的成分。按GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》，采用劃格法測(cè)定未處理的磷化膜和處理后的磷化膜的結(jié)合力。

采用PARSTAT 4000A 型電化學(xué)工作站測(cè)試裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜的極化曲線(xiàn)，并采用PowerSuite軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合，作為評(píng)價(jià)它們的耐腐蝕性能的依據(jù)。電解池為標(biāo)準(zhǔn)三電極體系，參比電極、輔助電極和工作電極分別為飽和甘汞電極、鉑片、封裝好的試樣，電解液為3.5%氯化鈉溶液，在±250 mV的電位范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，掃描速率為0.5 mV/s。

按GB/T 10124—1988《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》進(jìn)行浸泡腐蝕試驗(yàn)，裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜都在3.5%氯化鈉溶液中浸泡72 h，間隔一定的時(shí)間觀察腐蝕情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌、成分和結(jié)合力

圖1 所示為裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜的表面形貌。可以看出，在裸鋼板表面有較深的磨痕，且在磨痕底部及邊緣處堆積了少量磨屑。在未處理的磷化膜和處理后的磷化膜表面都不存在磨痕，說(shuō)明磷化膜完全覆蓋裸鋼板表面，將打磨痕跡覆蓋。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，未處理的磷化膜呈現(xiàn)類(lèi)山脊?fàn)铖薨櫺蚊玻砻姹容^粗糙和疏松，而處理后的磷化膜表面相對(duì)平整致密。無(wú)論是未處理的磷化膜還是處理后的磷化膜，都與裸鋼板結(jié)合緊密，結(jié)合力可以達(dá)到劃格法測(cè)試評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中的0級(jí)（最高級(jí)）。

圖2 所示為未處理的磷化膜和處理后的磷化膜表面輪廓曲線(xiàn)?？梢钥闯觯刺幚淼牧谆け砻孑喞鸱潭容^大，而處理后的磷化膜表面輪廓只有微小的起伏。這進(jìn)一步證明封閉處理使磷化膜表面相對(duì)平整、致密。

圖3和表3所示為裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜能譜分析結(jié)果。由表3 可知，裸鋼板的主要成分為Fe 和C，其中Fe 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)90%。未處理的磷化膜主要成分為Zn、P 和O，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為38.14%、14.05%和38.09%。處理后的磷化膜成分除了Zn、P 和O，還有少量的Na和Si，均來(lái)源于封閉液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為3.82%和0.39%。

圖1 裸鋼板、未處理磷化膜和處理后的磷化膜的表面形貌Fig.1 Surface morphology of cold-rolled steel plate，untreated phosphating film and treated phosphating film

圖2 未處理的磷化膜和處理后的磷化膜表面輪廓曲線(xiàn)Fig.2 Surface contour curve of untreated phosphating film and treated phosphating film

圖3 裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜能譜圖Fig.3 Energy spectrum diagram of cold-rolled steel plate，untreated phosphating film and treated phosphating film

表3 裸鋼板、未處理磷化膜和處理后磷化膜能譜分析結(jié)果Tab.3 Energy spectrum analysis results of cold-rolled steel plate，untreated phosphating film and treated phosphating film

將未處理的磷化膜和處理后的磷化膜的表面形貌及成分進(jìn)行對(duì)比，可以得出結(jié)論：硅酸鈉通過(guò)物理作用填充磷化膜晶粒間的縫隙，使磷化膜的結(jié)晶缺陷得到一定的修復(fù)。因而處理后的磷化膜表面更加平整致密，該結(jié)論與已報(bào)到的研究結(jié)果一致。

2.2 耐腐蝕性能

圖4 所示為裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜的極化曲線(xiàn)，它們的腐蝕電位（Ecorr）、腐蝕電流密度（Jcorr）和極化電阻（Rcorr）如表4 所示。裸鋼板經(jīng)磷化處理后，腐蝕電位從－683.0 mV 正移到了－530.2 mV，腐蝕電流密度從6.02×10-5A/cm2降低到2.77×10-5A/cm2。說(shuō)明通過(guò)磷化處理可以降低裸鋼板的腐蝕傾向性，減緩其腐蝕速率，從而提高耐腐蝕性能。處理后磷化膜的腐蝕電位正移到－507.8 mV，腐蝕電流密度則降低到4.32×10-6A/cm2，與裸鋼板的腐蝕電流密度相比下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明封閉處理使磷化膜的耐腐蝕性能進(jìn)一步提高。

圖4 裸鋼板、未處理磷化膜和處理后磷化膜的極化曲線(xiàn)Fig.4 Polarization curve of cold-rolled steel plate，untreated phosphating film and treated phosphating film

表4 極化曲線(xiàn)相關(guān)參數(shù)Tab.4 Parameters of polarization curve

磷化膜作為一種不溶的且具有較高附著強(qiáng)度的膜層，在腐蝕性溶液中可以對(duì)裸鋼板表面起到隔離保護(hù)作用，其原理是通過(guò)抑制電化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)阻止腐蝕性溶液滲透，從而使裸鋼板不容易被腐蝕，并抑制腐蝕的發(fā)展［7-10］。與未處理的磷化膜相比，處理后的磷化膜表面更加平整、致密，一方面可以更有效地阻擋腐蝕性溶液滲透，使腐蝕性溶液與裸鋼板接觸更加困難，從而對(duì)裸鋼板表面起到可靠的隔離保護(hù)作用。另一方面，處理后的磷化膜具有更好的絕緣性能，在完整無(wú)損的情況下，裸鋼板表面很難形成腐蝕微電池。即便是發(fā)生破損，腐蝕性溶液也會(huì)被限制在局部區(qū)域而不致向周?chē)l(fā)展。

由表4 還可知，裸鋼板磷化處理后，極化電阻增大到1.44 kΩ·cm2。處理后的磷化膜的極化電阻更大，約為裸鋼板極化電阻的3 倍。這同樣說(shuō)明磷化膜起到抑制裸鋼板腐蝕的作用［11-12］，且封閉處理使磷化膜的耐腐蝕性能進(jìn)一步提高。

表5 所示為裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜在氯化鈉溶液中浸泡不同時(shí)間的腐蝕情況。在氯化鈉溶液中浸泡12 h，裸鋼板表面出現(xiàn)了黃褐色銹，生銹面積占到50%左右。此時(shí)未處理的磷化膜表面也出現(xiàn)了輕微銹跡，生銹面積小于10%。相比之下，處理后的磷化膜表面無(wú)明顯銹跡。在氯化鈉溶液中浸泡24 h，裸鋼板表面生銹面積擴(kuò)大到80%左右，此時(shí)處理后的磷化膜表面也出現(xiàn)了銹跡，但生銹面積小于10%。在氯化鈉溶液中浸泡48 h，裸鋼板表面全部生銹，局部呈深褐色。此時(shí)未處理的磷化膜生銹面積占到50%左右，處理后的磷化膜生銹面積占到30%左右。在氯化鈉溶液中浸泡至72 h，未處理的磷化膜生銹面積接近100%，此時(shí)處理后的磷化膜生銹面積也達(dá)到80%。從腐蝕情況來(lái)看，磷化膜的耐腐蝕性能強(qiáng)于裸鋼板，但隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，氯化鈉溶液對(duì)磷化膜的侵蝕破壞程度加重導(dǎo)致磷化膜的耐腐蝕性能逐漸下降。

表5 裸鋼板、未處理磷化膜和處理后磷化膜的腐蝕情況Tab.5 Corrosion status of cold-rolled steel plate，untreated phosphating film and treated phosphating film

圖5 裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜在氯化鈉溶液中浸泡48 h的表面形貌Fig.5 Surface morphology of cold-rolled steel plate，untreated phosphating film and treated phosphating film immersed in sodium chloride solution for 48 h

圖5 所示為裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜在氯化鈉溶液中浸泡48 h的表面形貌?？梢钥闯觯沅摪灞砻娓街罅渴杷傻母g產(chǎn)物，表層出現(xiàn)了局部破損和嚴(yán)重凹陷。未處理的磷化膜和處理后的磷化膜表面也附著有疏松的腐蝕產(chǎn)物，但明顯較少，進(jìn)一步證實(shí)了磷化膜起到抑制裸鋼板腐蝕的作用，且封閉處理使磷化膜的耐腐蝕性能進(jìn)一步提高。

3 結(jié)論

（1）裸鋼板、未處理的磷化膜和處理后的磷化膜表面形貌和成分有所不同，裸鋼板的主要成分為Fe和C，磷化膜的主要成分為Zn、P 和O，處理后的磷化膜成分除了Zn、P 和O，還有少量的Na 和Si。裸鋼板表面存在磨痕，磷化膜能完全覆蓋裸鋼板表面的磨痕，處理后的磷化膜表面相對(duì)平整致密。

（2）磷化膜可以起到抑制裸鋼板腐蝕的作用，封閉處理使磷化膜的耐腐蝕性能進(jìn)一步提高，對(duì)裸鋼板表面起到可靠的隔離保護(hù)作用。研究證實(shí)，通過(guò)磷化處理并對(duì)磷化膜進(jìn)行封閉處理，可以作為鋼制電纜橋架防腐蝕保護(hù)的方式。