镀锡板钨酸盐钝化工艺

王守兵， 高 虹， 马梦迪

（沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159）

0 前言

镀锡板是在薄钢板上镀锡而制成的产品［1-2］。镀锡板表面容易形成一层氧化膜，需要对其进行钝化处理。目前常用的钝化处理方式是含铬钝化，但是六价铬的毒性很大［3］。近年来，随着人们环境保护意识的提高，无铬钝化成为研究热点。钨与铬同属VIB族，作为金属缓蚀剂，钨酸盐与铬酸盐有相似性。本文研究了钨酸盐钝化膜的性能，并将其与含铬钝化及镀锡基体进行比较，得到较优的无铬钝化工艺［4-5］。

1 实验

1.1 工艺流程

1.2 主要工序说明

（1）化学除油

碳酸钠10～15g／L，氢氧化钠40～45g／L，磷酸钠20～30g／L，非离子表面活性剂 少量，60～80℃，5～10min。

（2）化学除锈

除锈液为30%～50%的盐酸，1～2min。

（3）钝化

钨酸钠30g／L，pH值9，0.5 A／dm2，30℃，15s。

1.3 性能检测

（1）硫酸铜点滴试验

配制质量分数为5%的硫酸铜溶液。在每个试样上随机点滴五处，观察其变色过程，并记录完全变色的时间，计算平均值。

（2）电化学测试

采用CHI660E型电化学工作站进行交流阻抗和塔菲尔曲线测试。采用三电极体系，对比电极和参比电极分别为铂电极和甘汞电极，有效面积为1cm2的试样作工作电极。

2 结果与讨论

2.1 钝化工艺参数对钝化膜性能的影响

2.1.1 钨酸钠的质量浓度

不同钨酸钠的质量浓度下所得钝化膜的硫酸铜点滴试验结果，如表1所示。电化学测试结果，如图1、图2和表2所示。

表1 不同钨酸钠的质量浓度下所得钝化膜的硫酸铜点滴试验结果

图1 不同钨酸钠的质量浓度下所得钝化膜的交流阻抗图谱

图2 不同钨酸钠的质量浓度下所得钝化膜的塔菲尔曲线

由表1可知：随着钨酸钠的质量浓度的增加，硫酸铜点滴时间先变长后变短。点滴效果最好的工艺条件是钨酸钠30g／L。

由图1可知：含铬钝化的交流阻抗容抗弧半径最大，表明含铬钝化膜的耐蚀性最好。随着钨酸钠的质量浓度的增加，容抗弧半径呈现出先变大后变小的趋势。

试样Jcorr／（A·cm-2）Ecorr／VRP／Ω

表2 不同钨酸钠的质量浓度下所得钝化膜的塔菲尔曲线的数据分析结果

由图2和表2可知：含铬基体的自腐蚀电流密度最小，其线性极化电阻最大；其次是钨酸钠的质量浓度为30g／L时所得钝化膜的。

2.1.2 钝化温度

不同钝化温度下所得钝化膜的硫酸铜点滴试验结果，如表3 所示。电化学测试结果，如图3、图4和表4所示。

表3 不同钝化温度下所得钝化膜的硫酸铜点滴试验结果

图3 不同钝化温度下所得钝化膜的交流阻抗图谱

由表3可知：点滴效果较好的钝化温度在30～50℃之间。

由图3可知：交流阻抗容抗弧半径最大的是含铬钝化膜的，其次是钝化温度为30℃时所得钝化膜的，其他试样的容抗弧半径很小。

由图4和表4可知：含铬基体的自腐蚀电流密度最小，其线性极化电阻最大；其次是钝化温度为30℃时所得钝化膜的。

图4 不同钝化温度下所得钝化膜的塔菲尔曲线

表4 不同钝化温度下所得钝化膜的塔菲尔曲线的数据分析结果

2.1.3 钝化时间

不同钝化时间下所得钝化膜的硫酸铜点滴试验结果，如表5 所示。电化学测试结果，如图5、图6和表6所示。

表5 不同钝化时间下所得钝化膜的硫酸铜点滴试验结果

图5 不同钝化时间下所得钝化膜的交流阻抗图谱

图6 不同钝化时间下所得钝化膜的塔菲尔曲线

表6 不同钝化时间下所得钝化膜的塔菲尔曲线的数据分析结果

由表5可知：点滴效果较好的钝化时间在20～30s之间。

由图5可知：含铬钝化膜的交流阻抗容抗弧半径最大；钝化时间为30s和35s时所得钝化膜的容抗弧半径稍大于其他工艺的。

由图6和表6可知：含铬钝化膜的耐蚀性好；其次是钝化时间为25s时所得钝化膜的。

2.2 SEM 检测

不同试样的SEM图，如图7所示。

由图7可知：铬酸盐钝化层的表观形貌较好；其次是最佳工艺下所得钝化层的；而镀锡基体及基础镀液钝化层颗粒粗糙、沟壑明显。这与上述实验结果相吻合。

3 结论

分别研究了钨酸钠的质量浓度、钝化温度和钝化时间对钝化膜性能的影响。采用硫酸铜点滴试验、电化学测试和扫描电子显微镜检测钝化膜的性能。得出钨酸钠钝化的最佳工艺条件为：钨酸钠30 g／L，pH值9，0.5A／dm2，30℃，25s。

图7 不同试样的SEM图

［1］翟运飞，李宁，郑振，等.镀锡钢板钝化工艺的展望［J］.电镀与环保，2010，30（5）：1-4.

［2］于元春，李宁，胡会利，等.无铬钝化与三价铬钝化的研究进展［J］.表面技术，2005，34（5）：5-9.

［3］张庆芳，高虹，余琴素，等.镀锡钢板无铬钝化工艺的研究现状［J］.电镀与环保，2014，34（4）：8-10.

［4］孙杰，安成强，谭勇.钝化方式对镀锡钢板耐蚀性及铬含量的影响［J］.材料工程，2010（3）：25-28.

［5］成信刚.镀锡板的无铬钝化［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.