关于基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜工艺及黑化机制项目的研究

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1、关于基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜工艺及黑化机制项目的研究研究队伍：潘媚娟，周龙巍，支伟伟，伊凡指导老师：LOGO项目背景镀锌层黑色钝化因外观乌黑光亮、性能良好等优点在电子、仪器、汽车和日用五金等行业得到广泛应用。目前主要使用六价铬黑色钝化工艺。六价铬对环境污染严重，因此有必要研发环保的三价铬黑色钝化工艺替代之。钝化膜的颜色取决于两个因素：钝化膜组分的颜色和钝化膜的厚度。当锌层中含有镍、铁等金属时，则可能得到黑色的钝化膜。国外三价铬黑色钝化工艺的研发主要集中于数个实力较强的公司。根据这些公司公开的专利文献来看，主要是以添加过渡金属离子和磷酸根离子来实现黑色钝化。国内三价铬黑色钝

2、化的研究较少，近年来的文献报道也极为有限。根据报道内容，这些体系和国外体系基本相同，也是通过添加过渡金属离子和磷酸根离子以及其它一些羧酸来获得黑色膜层。经验证，这些公开的国内外黑色钝化工艺其钝化膜不是耐蚀性较差，就是颜色不够黑亮。因此，一定要加上封闭工艺，才能改善黑度和耐蚀性。但这样，工艺复杂，废弃物处置困难。实验部分材料选择工艺流程材料选择工艺流程镀锌→水洗→出光→水洗→三价铬黑化→水洗→热水烫→甩干→干燥→样品成膜机理：镀锌层锌、铁的溶解反应,随着酸度的变化,主要生成磷酸盐、氢氧化物和钴镍的有机酸盐沉淀。此过程是反复进行的,结果导致化学转化膜的生长。可以用如下的反应式表示:X

3、mYn(H2PO4)6→XmYn(PO4)2·4H2O　(X、Y为Zn、Fe、Co、Ni,m+n=3)Cr2(H2C3O4)3·(H2O)n→2Cr(OH)23+3H2C3O2-4+3H+H2C3O2-4+Ni2+→NiH2C3O4工艺参数结果分析&存在问题目前多采用钴盐作为发黑剂,在一定条件下,Co(Ⅱ)放置在空气中能被氧化为Co(Ⅲ),而Co(Ⅲ)不稳定,能从Cr(Ⅲ)夺取电子,变成稳定的Co(Ⅱ),而使Cr(Ⅲ)变成Cr(Ⅵ)[5]。因此,开发新一代发黑剂是非常重要的,目前研究的主要方向是基于硫化物作为发黑剂。通过调整钝化液各组分的比例,得到了耐中性盐雾实验分别为挂镀56h

4、,滚镀48h的镀锌黑钝化化学转化膜。若再用高分子有机树脂涂敷,其耐中性盐雾试验的效果会更好。因此！项目方案在大量单因素实验基础上，以正交试验法对基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜工艺进行优化，研究工艺条件如浓度、温度、pH值、时间等对膜层性能的影响。研究膜层的成分和结构并确定其对膜层黑度和耐蚀性的影响规律，初步解释三价铬黑色膜的黑化机制。项目的创新点1、本项目是以有机前驱体在钝化过程中与三价铬离子反应生成纳米级的黑色物质而实现，完全不同于以往的过渡金属离子和磷酸根离子体系。2、工艺中不含对环境富营养化的磷，符合国家环境保护和可持续发展的要求。项目年度目标2010.04-2010.0

5、9进行单因素实验，确定基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜工艺的基本组分。2010.10-2011.02研究工艺条件如浓度、温度、pH值、时间、烘干温度、烘干时间等对膜层黑度和耐蚀性能的影响。对膜层进行电化学性能和物理性能的测定、膜层成分和微观结构的表征和测试，并根据其性能指标改进工艺。2011.03-2011.06采用正交试验法对基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜工艺组分进行优化。2011.07-2011.10对性能最优的膜层成分和微观结构进行表征和测试，确定其黑化是由于生成黑色物质所致还是纳米结构对光线的吸收所致，或两者兼有，合理解释基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜的黑化机制。撰写

6、提交结题报告。预期成果主要目标：1、得到稳定的基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜工艺，膜层外观黑色乌亮；耐中性盐雾试验>72h。2、合理解释基于有机前驱体的三价铬纳米黑色膜的黑化机制。谢谢欣赏THEEND