Блог

Aug 30, 2023

Изготовление однородного хроматного конверсионного покрытия на сплаве Zn для повышения коррозионной стойкости во влажной среде.

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 14311 (2023) Цитировать эту статью Подробности о показателях Мы разработали простой метод получения однородного хроматного конверсионного (CC) покрытия на цинковом сплаве.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 14311 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Мы разработали простой метод получения однородного хроматного конверсионного покрытия (CC) на стальных подложках, покрытых цинковым сплавом (ZS). При нанесении на ZS (C-ZS) кислого раствора CC происходит растворение цинка и восстановление ионов хрома с образованием хроматного покрытия. В локализованных участках, где цинк чрезмерно растворен, образуются частицы гидроксида цинка, что препятствует образованию однородной хроматной пленки, делая эти участки уязвимыми для дальнейшей коррозии (т. е. образования темных пятен) при воздействии условий высокой влажности. Для подавления избыточного растворения цинка поверхность ЗС предварительно обрабатывали тиолированным полиэтиленоксидом для формирования гидрофильного самоорганизующегося монослоя. На предварительно обработанном ZS было получено более однородное защитное покрытие CC, что привело к превосходной коррозионной стойкости в условиях высокой влажности.

Сталь, покрытая цинковым сплавом (ZS), широко используется в различных отраслях промышленности из-за ее превосходной устойчивости к коррозии1, 2. Для дальнейшего повышения коррозионной стойкости ZS в качестве последующей обработки часто используется покрытие, полученное путем конверсии кислотного хромата (CC). процесс3, 4. При нанесении на ZS кислого раствора ЦК анодное растворение цинка приводит к катодному осаждению оксида хрома, который действует как барьер для защиты основного цинкового сплава от агрессивных сред1, 5, 6.

Хотя покрытия CC доказали свою эффективность в предотвращении общей коррозии, исследования показали появление небольших темных пятен на ZS с CC-покрытием (C-ZS) в условиях высокой влажности7, 8. Эти темные пятна вызваны продуктами коррозии цинка, такими как цинк. оксид и гидроксиды цинка. Хотя оксид цинка и гидроксиды цинка обычно имеют белый цвет, они могут казаться темными из-за изменений оптических свойств продуктов коррозии и основного цинка7. Появление темных пятен может вызвать отслаивание нанесенной органической пленки, например краски, и привести к образованию более крупных белых продуктов коррозии8, 9. Поэтому разработка метода подавления образования темных пятен при нанесении СС покрытия нужен процесс.

В этом исследовании было обнаружено, что появление темных пятен на поверхности C-ZS было инициировано локальным повреждением, нанесенным ZS во время нанесения кислотного CC-покрытия. Области, которые остались без надлежащего покрытия, были склонны к образованию темных пятен при воздействии высокой влажности. Чтобы уменьшить повреждение поверхности, поверхность ZS была предварительно обработана самоорганизующимся монослоем (SAM) тиолированного полиэтиленоксида (PEO-SH) перед нанесением CC-покрытия. Хотя гидрофобные SAM использовались для защиты металлических подложек от агрессивных молекул воды и кислот10,11,12, насколько нам известно, это первая попытка использовать гидрофильный SAM для достижения однородного CC-покрытия на ZS. Поверхность C-ZS, обработанная промежуточным слоем PEO-SH (CP-ZS), показала минимальные повреждения и эффективно предотвратила образование темных пятен во время обработки CC-покрытием. Полученный CP-ZS продемонстрировал превосходную коррозионную стойкость по сравнению с C-ZS в условиях высокой влажности.

Сталь, легированная горячим погружением цинка, была получена от POSCO (Корея). Слой цинкового сплава содержит 97% Zn, 1,5% Mg и 1,5% Al. Cr(NO3)3 и этанол (абсолютный) были приобретены у UNICOH (Корея) и Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури) соответственно. Из-за канцерогенной природы шестивалентного хрома в процессе конверсионного покрытия мы использовали трехвалентный хром. Тиолированный полиэтиленоксид (PEO-SH, Mw: 356 г/моль) был приобретен у Polypure (Осло, Норвегия). Азотная кислота (60%) и метилэтилкетон были получены от SAMCHUN (Корея) и DAE JUNG (Корея) соответственно. Деионизированную (ДИ) воду (18,3 МОм·см) получали с использованием системы обратного осмоса (Human Corporation, Корея).

В качестве раствора CC-покрытия готовили 3 мас.% раствор Cr(NO3)3 в ДИ-воде и этаноле в соотношении 7:3 (об.:об.). Следуя типичным коммерческим процессам13, 14, pH раствора покрытия CC доводят до 1,6 с помощью 20 мас.% азотной кислоты. Этанол использовали для повышения смачиваемости раствора на ZS. Стоит отметить, что использование летучих органических соединений в промышленном производстве ограничено небольшими количествами. Раствор ПЭО-тиола готовили растворением ПЭО-SH в абсолютном этаноле до конечной концентрации 10 мМ. Образцы ZS разрезали на квадраты размером 3,7×3,7 см, обезжиривали в метилэтилкетоне, а затем обрабатывали ультразвуком в этаноле в течение 3 мин. После этого квадраты ZS погружали в раствор ПЭО-тиола на 24 часа для получения P-ZS. Затем раствор CC наносили на ZS и P-ZS с помощью устройства для нанесения покрытия на бруски для создания C-ZS и CP-ZS соответственно. Затем образцы C-ZS и CP-ZS сушили в печи при температуре 100 °C при максимальной температуре металла 60 °C.