题目：镀锌层钛盐钝化工艺及膜层性能的研究

为了提高镀Zn层的抗腐蚀,通常采用铬酸盐钝化,由于铬酸盐钝化的废水排放严重污染环境和水源；并且欧共体RoHS指令规定从2006年7月1日起，投放于市场的新电子和电气设备严格控制六价铬。因此寻找一种在镀Zn层表面替代铬酸盐钝化的无铬钝化工艺，使得到的钝化膜具有与铬酸盐钝化膜相当的耐腐蚀性能，对于保护环境、降低污染，推行清洁生产具有重要的现实意义。本文以钝化膜的外观色泽和耐腐蚀性能为指标，用正交实验方法优选出了镀锌层钛盐钝化的成膜工艺，其在镀锌层表面获得蓝色、均匀和结合力良好的钝化膜层，其耐腐蚀性能好于铬酸盐蓝色钝化膜。并且系统研究了钛盐钝化的主要工艺参数对钝化膜外观、形貌、组成和耐腐蚀性能的影响。在15~25℃，pH值为3.0~3.5，处理时间为60~90s的范围内，可以制备出耐腐蚀性能较好的蓝色钝化膜；适当的升高温度，延长钝化处理时间可以制备耐腐蚀性能较好的彩色钝化膜。采用XPS对钛盐钝化膜表面元素组成结构进行分析，结果表明钝化膜由Zn4Si2O7(OH)2∙2H2O、ZnO、SiO2、SrF2 和TiO2等的复合氧化物以及少量氢氧化物组成。采用电位－时间曲线，SEM，EDS等物理检测手段研究了镀锌层钛盐钝化的成膜过程中试样表面的形貌和组成。结果表明：镀锌层表面由于镀层金属锌晶粒不均匀性造成微区电位不同，阳极锌层溶解，阴极析氢或吸氧，使局部pH值升高，导致生成难溶性氢氧化物和氟化物，这些化合物在试样表面的沉淀析出而发生钝化膜颗粒的形核和生长，最终形成完整的有保护性的膜层。钝化膜的形成分为三个阶段：形核，膜层的快速生长和膜层的慢速生长。在镀锌试样表面凹的微阴极区优先形核，随着膜层的快速生长，试样表面逐渐均匀。60~90s后生成了完整、致密的膜层，之后进入慢速生长阶段。利用中性盐水浸泡、中性盐雾腐蚀实验，研究了镀锌层在钛盐钝化处理前后在NaCl水溶液中的腐蚀行为，结果表明：钛盐钝化膜的耐腐蚀性能与膜层的表面形貌和组成密切相关。当镀锌层表面形成完整、致密并且含有较多Ti、Si等物质时，膜层耐腐蚀性能较好。钛盐钝化膜在酸性的NaCl溶液中的腐蚀明显比在中性和碱性的NaCl溶液中的腐蚀严重。腐蚀介质温度升高加速了钛盐钝化膜的腐蚀。钛盐钝化膜在腐蚀过程中很少有新的腐蚀点的产生，提出了钛盐钝化膜可能的腐蚀历程和耐蚀机理。