六价铬钝化的原理是什么

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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

2、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80~100g/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

3、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

4、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99.5%以上的Cr03粉末加蒸馏水溶解成l.4~1.6%的水溶液,加热到60~70℃,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+H20

5、→H2Cr04→2H++Cr042-钝化反应:溶液中:Cr042-+8H++3e→Cr3++4H20 镀锌层:Zn→Zn2++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,

6、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

7、腐蚀性能的原因。反应方程式:4Cr6++3O2+6H2O+24e4Cr(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。而在高铬彩色钝化溶液中,由于钝化液酸

8、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

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