不锈钢柠檬酸钝化工艺研究

  研究了不锈钢柠檬酸钝化的工艺 ,用柠檬酸对不锈钢进行钝化处理 ,通过电化学技术、浸泡试验对改性后的试样进行耐蚀性测试 ,并运用 XPS技术对表面改性后的不锈钢表面进行了微区成分分析。结果表明 :钝化后 ,不锈钢试样表面由金属氧化物、金属氢氧化物以及少量的金属单质和结晶水组成钝化膜 ,其耐蚀性大大提高 ,点蚀电位达到 1 100mV 左右 ,在 6% FeCl3 溶液中浸泡的腐蚀速率显著低于未钝化试样的腐蚀速率。综合考虑 ,不锈钢柠檬酸钝化的***佳工艺为:柠檬酸质量分数 4% ,温度 65℃,钝化时间 15m in,浓硝酸后处理 11m in。

关键词： 不锈钢;柠檬酸 ;钝化 ;点腐蚀;电化学交流阻抗 ; XPS

引 言

 不锈钢是一种具有广泛用途的耐腐蚀材料 ,但是 ,当不锈钢所在的体系中存在侵蚀性阴离子 (如 Cl-  )时 ,不锈钢会发生点腐蚀 ,并由此引发非常严重的其他腐蚀形式 ,因此有必要对其表面进行适当处理 ,提高其耐蚀性。研究显示 [ 123 ]不锈钢表面经过钝化处理后其耐腐蚀性得到较大幅度提高。

  柠檬酸对铁的活性比对铬的活性强 ,能有效地从不锈钢表面去除铁 ,因此可以考虑采用柠檬酸溶液体系对不锈钢进行钝化处理 [ 425 ] 。另外 ,传统的硝酸和铬酸钝化 ,其酸液对人体有害且污染环境 ,而柠檬酸是有机物 ,既安全又容易使用 ,对环境没有污染 ,符合可持续发展的要求 ,因此有着广阔的应用前景。

1 试验材料与方法

1. 1 试验材料

本试验采用国内常见的奥氏体不锈钢作为试验材料 ,它的化学成分 (质量分数 ) 为 : 0. 091% C、8. 866% N i、18. 018% Cr、

理与化学研究。

0. 836% Ti、71. 001% Fe, M n、Si、P、S微量。将其制备成规格为40mm ×10mm 的电化学试样。其它所用化学试剂均为分析纯。

1. 2 试验方法

  柠檬酸化学钝化工艺流程为:电化学试样制作 →机械磨光→除油 →电化学抛光 →柠檬酸钝化。本试验通过动电位扫描法测定钝化后不锈钢试样的阳极极化曲线 ,得到试样的点蚀电位Eb  ( Eb100 ) ,并以此为依据筛选钝化工艺条件。通过浸泡试验对钝化后的试样进行耐蚀性测试 ,并运用 XPS技术对不锈钢钝化膜进行表面分析。

2 试验结果与分析

2. 1 不锈钢柠檬酸钝化工艺

不经过柠檬酸化学钝化而直接进行硝酸后处理的试样点蚀电位较低 ,但柠檬酸化学钝化后不锈钢试样点蚀电位的重现性不是很好 ,因此有必要对化学钝化后的试样进行简单的后处理 ,后处理不是主要因素 ,而柠檬酸化学钝化则是工艺中的关键。本试验中硝酸后处理时间均为 10m in。

2. 1. 1 柠檬酸质量分数对钝化效果的影响

分别将不锈钢试样在 2% 、4%、试样钝化后在 50% (体积分数 )硝酸溶液中进行后处理。

2. 1. 2 钝化温度对钝化效果的影响

将不锈钢试样于 4%  (质量分数 ) 的柠檬酸溶液中钝化30m in,温度分别固定在 35、45、55、65、75℃。试样钝化后在50% (体积分数 )硝酸溶液中进行后处理。

2. 1. 3 钝化时间对钝化效果的影响

温度恒定 65℃,将不锈钢试样于 4% (质量分数 )的柠檬酸溶液中分别钝化 10、15、20、25、30、35m in。试样钝化后在 50%(体积分数 )硝酸溶液中进行后处理。不锈钢试样的点蚀电位与钝化时间之间的关系曲线见图 3。从图 3 可以看出 ,不锈钢试样在柠檬酸溶液中的钝化时间不能过长 ,时间控制在 10 ～ 20m in时钝化效果较好 ,超过 20m in后

2. 2 浸泡试验

将称重后的不锈钢试样置于常温下 6% (质量分数 ) 的FeCl3 溶液中浸泡 , 120h后取出 ,用刷子刷去试样表面残留的腐蚀产物 ,清洗烘干 ,晾置 1d后 ,用分析天平称量失重后的试样质量。

试样在浸泡后 2h内就出现非常明显的腐蚀孔 , 随着浸泡时间的延未处理试样5. 12长 ,试样表面的腐蚀孔越来越多 ,孔径也越来越大 ,到***后会形成穿孔 ,导致不锈钢试样的腐蚀状况非常严重。

2. 3 不锈钢柠檬酸化学钝化试样的 XPS分析

本试验表面分析所用仪器是 Phi5500型 X射线光电子能谱仪 ,激发源为 A l靶 ,功率 200W ,所得数据通过 C1 s ( 284. 8eV )结合能校正。表 2是不锈钢试样钝化后表面和基体主要金属元素