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1、铬酸钝化1.简介 锌、镉、铜、银等金属镀层，在含有强氧化剂(如铬酐)的溶液中进行化学或电化学处理，使其表面生成一层组织致密的薄膜的过程，叫做钝化处理。 随着生产的不断发展，人们发现，用适当的溶液对镀锌层进行化学处理，能在镀层上形成一层坚实致密的薄膜。可以大大提高其抗腐蚀性能。镀锌层钝化后，抗腐蚀能力一般可以提高5倍以上。此外，钝化处理还能使镀层美观光亮，提高工件的装饰效果。 镀层的钝化处理方法主要有以下几种：以铬酸、硫酸、硝酸组成的彩虹色钝化；以铬酸、磷酸、硫酸、硝酸和盐酸组成的草绿色钝化和钝化后陈膜的白色钝化等。此外，还有近年来发展起来的污染小的低铬酸钝化。其中彩虹色钝化应用最为广泛。以前一
2、直使用铬酸酐浓度较高的钝化液，称高铬钝化。其钝化液稳定，钝化膜质量好。其缺点是铬酸酐消耗大，且大多数在清洗中带出，增加废水处理的负担。为解决这个问题，可采用铬酸酐浓度很低的低铬钝化工艺，大大减少废水中六价格的含量，缺点是钝化液要经常调整，化学抛光性较差。也有采用铬酸酐含量为80100g/L的中铬钝化。2.原理在彩色钝化的配方中，钝化液总是带酸性的。在酸性介质中，锌层会与之起化学反应。这里主要反应是金属锌镀层与钝化液中铬酸之间的氧化和还原反应。锌作为还原剂，将作为氧化剂的铬酸还原成三价铬。钝化膜其实是三价铬和六价铬与锌发生氧化还原反应后的化合物。其中三价铬与锌的化合物呈蓝绿色，六价铬与锌的化合物
3、呈橙红色或棕黄色。由于不同色素的组合和相互干扰的结果，形成了锌彩色钝化膜绚丽多彩、具有彩虹色的美丽色调。三价铬化合物一般不溶于水，强度也高，在钝化膜中起骨架作用。六价铬化合物易溶解于水，尤其易在热水中溶解，在干燥前膜层不坚牢。它依附在三价铬化合物的骨架上，填充了其空间的部分，所以可形象地譬如它为“肉”。有了肉并有骨架的支撑，这样才能使钝化膜显得丰满。六价铬钝化的原理六价铬酸为什么能成为镀锌板最好的钝化剂?是因为铬有多种化合价，在钝化时能形成不同的氧化物和水解化合物。 最早使用的钝化剂是直接使用铬酐Cr03的水溶液，对镀锌板表面进行喷淋处理。方法很简单，将纯度为995以上的Cr03粉末加蒸馏水溶
4、解成l.416的水溶液，加热到6070，喷淋到钢带上，挤于后再用90以上的热风干燥即可。这种工艺的原理是，铬酐CrO3在水中溶解成铬酸H2Cr04，氧化性极强的铬酸喷淋到镀锌板表面以后，会与锌发生反应，使部分六价铬还原三价铬，而锌被氧化成锌离子。水解反应：Cr03+H20H2Cr042H+Cr042-钝化反应：溶液中: Cr042-+8H+3eCr3+4H20 镀锌层: ZnZn2+2e当镀锌板与钝化液接触时发生上述反应，随着反应的不断进行，反应界面的H+不断被消耗掉，pH值迅速上升，当pH值上升到成膜pH值范围时，一些难溶的金属盐、氢氧化物开始析出，沉积于镀锌层表面，形成钝化膜。钝化反应在形
5、成了钝化膜组成物Zn2+和Cr3+的同时，又创造了一个形成钝化膜的适合的pH值范围。所以说六价铬的还原反应是六价铬钝化的一大特点，也是其钝化效果最好的原因所在。 这样，经过钝化反应以后，便在镀锌板表面形成了一层极薄而又致密的氧化膜，这层氧化膜能将锌与环境隔离开来，使锌的腐蚀反应无法进行，即使钝化膜有细微的孔洞，腐蚀反应也只能在孔洞中进行，受到阻碍，这样就使镀锌层表面处于钝化状态。自我修复功能彩色钝化膜还有自我修复的功能，当钝化膜受到损伤时，在有一定湿度的空气中，六价铬化合物溶于水生成铬酸，它能继续与锌层起氧化还原反应，再次形成钝化膜。这就是彩色钝化膜能自动修复的原因。由于彩色钝化膜层具有这一自
6、修复的功能，所以钝化膜即使有些擦伤，也不会太影响抗腐蚀性能。这就是镀锌层经过彩色钝化处理后，为什么具有良好的抗腐蚀性能的原因。反应方程式：4Cr6+3O2+6H2O+24e 4Cr(OH)33.颜色及影响因素在彩色钝化膜中，三价铬和六价铬的含量比例是随着各种因素的变化而改变的，因而钝化膜的色彩也随之发生变化。三价铬化合物多时，膜层呈偏绿色；六价铬含量高时，钝化膜则呈紫红色。在实际生产中，最希望的颜色是彩虹稍带黄绿色。钝化膜的颜色深浅还与膜层的厚度有关。而膜层厚度又与钝化时间或在空气中停留时间的长短有关。在低铬和超低铬的钝化液中，钝化膜是在溶液中成膜的，钝化时间长，膜层厚，钝化时间短，膜层薄。而
7、在高铬彩色钝化溶液中，由于钝化液酸度高，在溶液中是无法成膜的，只有当工件离开溶液后方能成膜，也就是在空气中停留时间的长短与膜层的厚度有很大的关系，而与溶液中浸渍的时间长短无关。空气中停留时间长，钝化膜厚，反之则薄。当然我们还得兼顾其它条件，一味追求膜层厚度，结合力就会降低，也就是膜层过厚了，钝化膜就会脱落或轻轻一擦就掉膜。钝化时间或空气中氧化时间短，钝化膜薄，此时膜层的色泽呈偏绿色；如钝化时间长，膜层厚，则钝化膜中红色的成分居多。这是因为钝化膜薄时，钝化液与锌层的反应比较强烈，六价铬多被转化成三价铬了，所以膜层呈偏绿色。当反应继续进行时，因为已隔了一层钝化膜，钝化液不能直接与锌层起反应，所以还原势减弱，这样六价铬化合物就会形成，而填充在三价铬化合物即我们前面提到的三价铬膜层的骨架上，所以膜层中红的色素逐渐变多起来。而在膜层既不太厚又不太薄的状态下，钝化膜的色泽则最好。对钝化膜的色彩，当膜层由厚变薄时，色彩的变化可大致表述如下：红褐色红黄相间光亮五彩色偏绿色青白色质量好的钝化膜应是完整呈光亮五彩色的。红褐色的膜层比较疏松，与锌层的结合力也不够好；偏绿色的钝化膜膜层可能较薄，会影响抗腐蚀能力。由此，我们可以从钝化膜的外观、与锌层的结合力、膜的完整性、光亮度和膜层的色彩，可以初步判定钝化膜质量的好坏。
