超声波清洗对镀锡钝化膜耐蚀性能的影响

赵立新，邵 颖，邵忠财，，李广宇

(1.牡丹师范学院超硬材料实验室，黑龙江牡丹江 157012;2.沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳 110159)

超声波清洗对镀锡钝化膜耐蚀性能的影响

赵立新1，邵 颖2，邵忠财1，2，李广宇2

(1.牡丹师范学院超硬材料实验室，黑龙江牡丹江 157012;2.沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁沈阳 110159)

钢板经镀锡、软熔及重铬酸盐电解钝化后，在其表面残留的六价铬和黑灰严重影响锡层的耐腐蚀性能。利用超声波清洗钝化后的镀锡板，达到去除镀锡板缺陷处的六价铬和黑灰而不影响镀锡板表面性能的目的。研究了超声波频率、清洗时间和温度对镀锡板耐腐蚀性能的影响。结果表明:超声波清洗能够提高镀锡层的耐蚀性。

超声波清洗;镀锡钝化膜;耐蚀性

引言

目前国际上传统的镀锡钢板生产时在镀锡层经软熔处理后，均采用在重铬酸盐溶液中进行阴极电解钝化处理，使其表面上形成铬酸盐钝化膜。这种铬酸盐钝化膜不仅可以提高镀锡钢板的耐蚀性，且可以抑制因镀锡钢板长期储藏以及在涂料的加热烘烤过程中发生锡氧化引起的变黄［1-3］。以六价铬为主的钝化液若冲洗不干净便会残留在镀锡钢板的表面，很可能对人体造成危害［4］。超声波清洗被国际公认为是当前效率最高、效果最好的清洗方式，其清洗效率达到了98%以上，清洗洁净度也达到了最高级别。而传统的人工清洗和有机溶剂清洗的清洗效率仅仅为60%～70%，气相清洗和高压水射流清洗的清洗效率也低于90%［5-8］。

本文拟利用超声波清洗钝化后的镀锡板，达到去除镀锡板缺陷处的六价铬和黑灰而不影响镀锡板表面钝化膜性能。关键问题是考察在镀锡板钝化后清洗过程中，超声波对镀锡板缺陷处的六价铬和软熔过程产生的黑灰的去除效果。研究不同超声波频率、时间施加方式和温度对六价铬和黑灰的去除效果和对钝化膜表面性能、形貌的影响。

1 实验部分

1.1 镀锡板钝化及超声波清洗工艺流程

镀锡板钝化及超声波清洗工艺流程如下:

化学除油→水洗→烘干→除锈→水洗→烘干→软熔→水洗→烘干→钝化→水洗→烘干→超声波清洗→烘干。

1.2 镀锡及钝化工艺

碱性镀锡配方及工艺条件如下:

75～90 g/L锡酸钠、8～12 g/L氢氧化钠、双氧水适量，θ=70～90℃，Jκ=1～1.5 A/dm2，Ja=3～4 A/dm2，ηκ=60%～75%，t=5s。

电解钝化处理的配方及工艺条件如下:

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

1.3 实验材料及主要仪器

实验所用试片为铁片，尺寸为2cm×5cm。主要仪器:KQ5200DB型数控超声波清洗器，晶体管直流稳压电源，XJQ-04型金相显微镜等。

1.4 性能测试

1)NaCl溶液浸泡试验，将试片进行前处理、镀锡、软熔、钝化及超声波清洗后，放入40℃的5%氯化钠溶液中，室温放置24h后把试片拿出洗净吹干，观察表面腐蚀情况。

2)用XJQ-04型金相显微镜对试片进行观察，耐酸蚀和浸泡试验的腐蚀评价等级如表1所示。

表1 腐蚀外观等级评价表

3)SEM检测用S-4800型冷场发射电子显微镜(日立公司生产)，对实验样品的显微结构、腐蚀形貌进行观测。

2 实验结果与讨论

2.1 超声波清洗频率对镀锡层耐蚀性的影响

表2为超声波频率对镀锡层耐蚀性影响的试验结果。

表2 超声波频率对镀锡层耐蚀性的影响

由表2可看出，无超声波清洗(在f为0)时腐蚀等级最大，耐蚀性最差;超声波清洗能够降低试样的腐蚀等级，提高其耐蚀性。f为40kHz的超声波清洗后，镀锡层在NaCl溶液浸泡腐蚀等级为2级，f在59kHz清洗后的镀锡层浸泡腐蚀等级为3级。综合评定超声波清洗后镀锡层的耐蚀性略有变化，表明超声波清洗对镀锡板有效果，将六价铬、黑灰影响耐蚀性的杂质清洗掉，不会破坏膜的性能，可以提高镀锡板的耐蚀性，f为40kHz时超声波清洗耐蚀性比没用超声波清洗要好。

2.2 超声波清洗温度对镀锡层耐蚀性的影响

表3为清洗f为59kHz、t为10s，θ分别为25、35、45、55和65℃下的镀锡层腐蚀试验结果。

表3 温度对镀锡层耐蚀性的影响

腐蚀等级随清洗温度的升高而降低，θ为35～45℃时达到最低后又随温度的升高而升高。综合评定清洗f为59kHz、t为10s，θ在35℃时镀锡层浸泡腐蚀等级为2级，抗腐蚀性和清洗效果最好。

2.3 超声波清洗时间对镀锡层耐蚀性的影响

表4所示，超声波清洗f为59kHz、θ=25℃，t分别为5、10、15、20及25s时试片的腐蚀结果。

表4 时间对镀锡层耐蚀性的影响

由试验结果得出，随着时间的延长清洗效果越来越好，15s时达到最佳，浸泡腐蚀等级为2级。继续延长时间清洗效果反而下降，可能是超声波使钝化膜的改变或脱落。

2.4 镀锡板表面形貌

在f=59kHz，θ=35～45℃，t=10～15s条件下对镀锡板表面进行超声波清洗，与未经超声波清洗的镀锡板，经5%氯化钠溶液浸泡试验后的SEM照片，如图1所示。

图1 镀锡板表面形貌照片

由图1可见，将超声波清洗镀锡板与未经超声波清洗镀锡板经浸泡试验后的微观表面形貌对比，很明显看出超声波清洗过的镀锡板腐蚀点少，表面均匀平整，耐蚀性有明显提高，未经超声波清洗的镀锡板腐蚀面积大，腐蚀很严重，表明在超声波清洗条件下镀锡板耐蚀性能得到很大提高，清洗效果明显。

3 结论

1)利用超生波清洗钝化后镀锡板，可达到去除镀锡板缺陷处的六价铬和黑灰，而不影响镀锡板表面性能的目的。2)经一定条件的超声波清洗能够提高其耐蚀性，超声波清洗的镀锡板耐蚀性较未经超声波清洗的有明显提高。3)超声波频率、清洗时间和温度均对清洗效果有较大的影响。

［1］黄久贵，李宁，蒋丽敏，等.镀锡板耐蚀性研究及进展［J］.电镀与环保，2003，23(6):5-8

［2］封勇.光亮酸性镀锡工艺综述［J］.机电元件，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］鲍善惠，陈玲.超声清洗的原理及最新发展［J］.陕西师范大学继续教育学报，2004，21(2):107-109.

［6］胡兴军，杨燕.超声波清洗技术备受瞩目［J］.清洗世界，2004，20(2):26-29.

［7］陈思忠.超声波清洗技术与进展［J］.洗净技术，2004，(2):11-12.

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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

牡丹江市科技攻关项目(G2008G0037);黑龙江省自然科学基金项目(E200823)