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第31卷第5期
有色矿治
Vol. 31. No 5
2015年10月
NON-FERROUS MINING AND METALLURGY
October 2015
文章编号:1007~967X(2015)05-35-04
电镀铬板表面腐蚀行为的研究
韦晓',李秀军1,李建中2
(1.宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂,上海200431;2.东北大学材料与治金学院,辽宁沈阳110819)
摘耍:镀铬板在食品包装领域有着广泛的应用。本文采用电子扫描电镜、粗糙度分析和原子力
显微镜,研究了镀铬板表面腐蚀行为。结果表明,对于二次冷轧镀铬板,其表面的锈蚀缺
陷主要为条状,且沿着轧制纹方向生长。镀铬板表面镀层结构对腐蚀行为有着重要影响,
金属铬层表面腐蚀孔隙为粗大型,而氧化铬层表面腐蚀孔隙呈扁平状。根据粗糙度分析
可知,镀铬板及其基板表面粗糙度值差别不大。但镀铬板表面轧制纹的峰值更为尖锐。
结合原子力显微镜分析可知,镀铬晶粒主要生长在“凸出”轧制纹附近。在镀层厚度相同
条件下,由于存在“毛细”现象,镀铬板表面孔隙主要产生于“凸起”的轧制纹处;而对于电
火花磨辊方式轧制的冷轧钢基板形成的镀层不易产生孔隙。
关键词:镀铬板;表面粗糙度;腐蚀;行为
中图分类号:TG174
文獻标识码:A
1前言
陷”。因此,研究镀铬板表面“锈蚀缺陷”产生过程及
行为具有重要的理论和实际意义。
镀铬板,也称为无锡钢,指没有镀锡层的表面处
理钢板,即在钢板表面进行电解铬酸盐处理,使钢板
实验方法
表面沉积一层金属铬以及铬的水合氧化物。镀铬板
本文镀铬板表面锈蚀样板来自市场用户反馈
是在金属锡资源日益减少的情况下研制的新型制罐实验室镀铬板的制备工艺为:碱洗(除油)→酸洗
材料。与镀锡板相比,其生产成本低,表面附着力电镀金属铬→电镀氧化铬。采用某钢厂自供冷轧低
强,镀铬板产品具有低成本、附着力强(可达镀锡板碳钢板作为电镀的基板(试样大小为60mmX80
的3~4倍以上)、耐高温性好、抗硫性强等特点,其mmX0.19mm)。轧制工艺和轧辊的磨削方式控制
广泛地应用于皇冠盖、四旋盖、三片罐的顶底盖和浅冷轧基板表面形貌。电镀工艺采用“两步法”工艺
冲罐等包装行业,2。由于锡价格较贵,且资源日即电解液为高浓度CrO)溶液,帯钢第一步先在这
益枯竭,因此,从可持续发展的角度来看,可替代镀种电解液中镀上金属铬(50~100mg/m2),改变电
锡板及低锡板的镀铬板产品的发展前景日趋广镀时间获取不同厚度的金属铬层,然后进行水漂洗;
阔3
第二步再通过电解液为低浓度CrO2溶液,改变电
目前,通用的镀铬板表面镀层主要含有金属铬镀时间,在表层形成一层不同厚度的铬氧化膜山2。
层(50~100mg?m2)和氧化铬层(5~20mg?
采用金相显微镜和德国卡尔蔡司公司生产的附
m2)。由于镀层厚度较薄(二者厚度之和不足0.1带能谱仪EVO18型扫描电子显微镜(SEM)对镀铬
m),以及镀铬板生产工艺的限制,镀铬板表面存在板表面特征及形貌进行分析。利用三维表面粗糙度
较多微小的孔隙。目前,国内缺乏有关镀铬板生产仪分析镀铬板及其基板表面粗糙度和轮廓。应用
技术的知识,尤其是关于极薄镀层在冷轧基板表面DME进口原子力显微镜分析镀铬板及其基板表面
的分布、生长及其耐蚀机理等方面,导致镀铬板产品微观特征。镀铬板表面浸蚀溶液为50mL的稀硫
暴露出耐蚀性差的问题?。镀铬板产品从生产到酸(2.18N的H2SO23mL)、双氧水(3%的H2O22
用户使用,往往经历2~3个月甚至半年以上的周转mレ)和硫氢化铵(NH4SCN,40g/lL,25mL)混合液,将
运输和存库,各地湿度、温度差异较大,很容易引起镀铬板放置浸蚀溶液腐蚀40min,分析其表面形
镀铬板表面“出汗”,最终导致产品表面发生“锈蚀缺貌
收搞日期:2015-08-07
作者简介:韦晓(1984-),男,山东人,工程师,主要从事二次冷轧及平整工艺技术研究。
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第31卷
3结果与讨论
般为20%~25%,副反应为析氢反应,这增加了
金属铬层沿纵向产生孔隙;而对于氧化铬层主要成
3.1镀铬板表面“锈蚀缺陷”特征分析
分为Cr2O)、 CROOK、Cr(OH)3,其为网状、层状
图1为二次冷轧镀铬板表面“腐蚀缺陷”特征及结构,主要起到封闭金属铬层的微小孔隙作用,进而
表面形貌。由图1可知,二次冷轧镀铬板表面“锈蚀提高镀铬板的耐蚀性。因此,氧化铬镀层表面孔隙
缺陷”主要为条状,且沿着冷轧基板的轧制纹方向产呈扁平状。
生。根据相应的SEM分析由图1(a)可知,镀铬板表回
面发生严重的腐蚀,且锈蚀点附近有明显的孔洞。将
锈蚀和氧化铬层清洗后,镀铬板表面形貌如图1(d)
所示。由图1(d)可知,含有金属铬层的镀铬板表面
存在许多密集孔隙,且主要集中在轧制纹方向附近。
图2不同条件下镀铬板及其腐蚀情况的表面形貌
Fig 2 Surface morphology of tin free steel and its corrosion
activities under different conditions
3.2镀铬板表面镀层生长特征分析
为了考察镀铬板表面特征与其锈蚀之间的关
图1镀铬板表面“锈蚀缺陷”特征及表面形貌
系,镀铬板及其基板的表面形貌、三维粗糙度及原子
Fig. I Rust defect characteristic and surface morphology of tin free steel
力显微镜的分析如图3所示。由图3(a)和(b)可
(a)一镀铬板锈蚀情况;(b)ー一清洗后镀铬板锈蚀情况;
(c)一锈蚀镀铬板的SEM;(d)-一清洗后锈蚀镀铬板的SEM
知,镀铬板表面的“凸出”轧制纹处为“类蜂窝状”。
(a)Rust defect of tin free steel: (b)Rust defect of lin fre
而相对于镀铬板表面来说,镀铬基板表面较为灰暗
steel after rinse:(c)SEM of tin free steel with rust defect
这主要是基板表面存在轧制油所致。总的来说,镀
(d)-SEM of tin free steel with rust defect after rinse
铬板与其基板表面的表面形貌没有明显差别。根据
为了弄清镀铬板表面金属铬层和氧化铬层对耐其相对应的粗糙度分析可知,镀铬板表面的粗糙度
蚀性的影响。采用实验室制备了只含有金属铬层的为0.321pm,而基板表面粗糙度值为0.307pm,两
镀铬板,其表面形貌如图2(a)所示。采用相同的清者差别不大。但根据图3(c)和(d)三维粗糙度图可
洗工艺和电镀工艺,获取相同厚度金属铬层的镀铬知,镀铬板表面轧制纹的峰值更为尖锐。为了进
板,之后在镀上标准厚度的氧化铬层,其表面形貌如步分析镀铬层的生长过程,对其进行了原子力显微
图2(c)所示。将上述镀铬板分别在50mL的稀硫镜分析,结果如图3(e)和(f)所示。由此可知,镀铬
酸(H2SO))、双氧水(H2O2)和硫氢化铵(NH1SCN)基板表面较为平滑,无明显晶粒镀层。而对于镀铬
混合液中,浸放40min,之后用去离子水和酒精清板表面存在较多细小晶粒,且细小晶粒主要生长在