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研究生:陸奕岑
研究生(外文):LU,YI TSEN
論文名稱:無電鍍三價鉻鍍液製備氧化鉻鍍層之抗蝕研究
論文名稱(外文):Study of Trivalent Chromium Conversion on the Zinc Plate for Anti-corrosion Ability
指導教授:白育綸
指導教授(外文):BAI ALLEN
學位類別:碩士
校院名稱:高苑科技大學
系所名稱:高分子環保材料研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:121
中文關鍵詞:三價鉻化學鍍
外文關鍵詞:Trivalent ChromiumElectroless
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本文使用以鹼性及酸性無氰電鍍液電鍍鈍鋅層,再使用化學鈍化法製備水藍及五彩三價鉻鍍層,冀望能開發出高抗蝕三價鉻鈍化液,取代有毒性之六價鉻鈍化液,其主要為含浸硫酸鉻鉀之鍍層以化性檢測的抗腐蝕、循環伏安做分析,再利用物性檢測XRD、SEM、EDS及膜厚檢測作材料分析,探討對水藍及五彩鍍層影響變化。
而三價鉻鈍化膜由硫酸鉻鉀(為主要配方)、配位劑(草酸,其能控制成膜速率和鈍化液之穩定性)、氧化劑(NaNO3產生鋅離子,促使膜形成)、成膜促進劑(NaCl能調整鈍化膜顏色)和其他金屬離子(硫酸鈷主要調整鈍化膜的外觀與耐蝕性)所組成的,當鍍鋅層浸入鈍化液後,Zn被氧化成Zn2+。同時消耗H+引起局部pH值升高,而引起Zn2+和Cr3+氫氧化物的沉澱,並形成一層緻密的鈍化膜。
  此最佳鈍化膜條件經由SEM、EDS分析得到較好的分散性、散佈量及較好的鍍層厚度,證實鍍層塗蓋一層三價鉻皮膜在純鋅鍍層上抗腐蝕能力優於鈍鋅層。因此最佳三價鉻水藍鈍化條件為K2Cr2(SO4)6 32g、草酸10g、NaNO3 7g、檸檬酸鈉10g、CoSO4 2g,pH 2.0,鈍化溫度為30℃;而最佳三價鉻五彩鈍化條件為K2Cr2(SO4)6 32g、草酸10g、NaNO3 7g、檸檬酸鈉10g、NaCl 5g、CoSO4 2g,pH 2.0,鈍化溫度為60℃。
  鹼性鋅及酸性鋅三價鉻電極提高不同螯合溫度進行比較,以分光光度計UV光譜分析,當波長在於400~600nm時,得到紅光和紫光波峰較高,意謂鈍化液有較好的活性進行純鋅層鈍化。
不同性質之純鋅層會有不同的鈍化特性,本實驗發現鹼性鋅三價鉻鈍化最佳螯合溫度為120℃,酸性鋅三價鉻鈍化最佳螯合溫度為110℃。此結果得到酸性鋅三價鉻鈍化能在較低的螯合溫度即可達到效果較佳的抗蝕能力。
最後經由最佳鈍化條件及螯合溫度進行酸性鋅三價鉻電極,在於水藍鍍層上添加氟化鈉0.3mL能使鍍層抗蝕之第二鈍化區較為平穩,並且使腐蝕開環路電位從-1V降到-0.25V;而五彩鍍層添加氯化銦0.03g/L能使鍍層第二鈍化區較平穩及添加氯化錫為0.03g/L時能降低第一鈍化區之電流密度,意謂可以提高鈍化層之抗蝕能力,因此添加劑的加入可提高三價鉻鈍化層的抗蝕能力。
The pure zinc film was prepared by a simple zinc plating solution. In this work, the pure zinc film was coated trivalent chromium layer to display by passive film. The passive film of trivalent chromium coating was measured tafel plot, cyclic voltammetry, XRD、SEM、EDX and thickness to disclose a trivalent chromium layer with high corrosion resistance.
The composition of trivalent chromium plating solution contains K2Cr2(SO4)6, oxalic acid, NaNO3 and NaCl. The pH values is increased by consuming H+ ions, when the Zn2+ ions and Cr3+ ions are formed as metal hydroxide to lead a rough and bad trivalent chromium layer. For preparing a better trivalent chromium film, some additives ( NaF、InCl3 and SnCl4 ) are added in the trivalent chromium plating solution.
The optimum composition to prepare the trivalent chromium film with blue-color is K2Cr2(SO4)6 32g, oxalic acid 10g, NaNO3 7g, citric acid 10g and CoSO4 2g at pH 2.0 with passive temperature at 30°C; the best composition to prepare the red-color one is K2Cr2(SO4)6 32g, oxalic acid 10g, NaNO3 7g, citric acid 10g, CoSO4 2g and NaCl 5g at pH 2.0 with passive temperature at 60°C.
The anti-corrosion ability of trivalent chromium film is affected by complex agent’s activity. Because the different complex temperature prepare the variable Cr-complex agent, the activity of Cr-complex agent is the most important factor to plate trivalent chromium film. By UV-VIS spectrum, the wave-length ranges from 400 to 600 nm obtain red and purple light to form better Cr-complex agent to plate trivalent chromium film.
Finally, the 0.3 mL NaF in the blue-color electroless plating solution improves the anti-corrosion ability of the trivalent chromium passive film. When 0.03 g/L InCl3 and 0.03 g/L SnCl4 were added in the trivalent chromium plating solution, the surface of trivalent chromium film became a smooth and light layer to raise corrosion resistance.
中文摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VI
表目錄 XII
圖目錄 XIII
第一章 序論 1
1.1鉻的簡介 1
1.1.1前言 1
1.1.2鉻的發現 1
1.1.3鉻的用途 2
1.2電鍍基本原理 3
1.2.1鍍鋅 4
1.2.2酸性鍍鋅 5
1.2.3鹼性鍍鋅 6
1.2.4氰化物鍍鋅 7
1.3無電鍍基本原理 8
1.3.1鍍鉻 11
1.3.2三價鉻水藍鈍化膜機制 12
1.3.3三價鉻五彩鈍化膜機制 15
1.3.4鈍化膜的顏色及特性 15
1.4腐蝕理論 16
1.4.1腐蝕型態 17
1.4.2腐蝕的電化學反應 20
1.4.3腐蝕電位和腐蝕電流 21
1.4.4鈍化的定義及特性 23
1.5研究動機 25
1.6研究目的 26
第二章 實驗方法、藥品、實驗儀器 27
2.1電極鍍鋅製備 27
2.2氧化鉻製備 27
2.3藥品 28
2.4儀器 29
2.5合金鍍層電化學分析 30
2.5.1表面抗腐蝕分析 30
2.6材料分析 33
第三章 第一代水藍、五彩鈍化研究 34
3.1 第一代水藍 34
3.1.1 溫度對鍍層的影響 34
3.1.1.1 化學特性檢測 35
3.1.1.2 物理特性檢測 37
3.1.2 pH值對鍍層的影響 46
3.1.2.1 化學特性檢測 46
3.1.2.2 物理特性檢測 48
3.1.3 Cr含量對鍍層的影響 50
3.1.3.1 化學特性檢測 50
3.1.3.2 物理特性檢測 52
3.2五彩鈍化膜 54
3.2.1 溫度對鍍層的影響 54
3.2.1.1 化學特性檢測 54
3.2.1.2 物理特性檢測 56
3.2.2 pH值對鍍層的影響 65
3.2.2.1 化學特性檢測 65
3.2.2.2 物理特性檢測 67
3.2.3 Cr含量對鍍層的影響 69
3.2.3.1 化學特性檢測 69
3.2.3.2 物理特性檢測 71
3.3 第一代水藍和五彩比較 (100℃螯合) 73
3.4 結論 75
第四章 鹼性鋅鍍層之研究 76
4.1鹼性鋅之螯合溫度 76
4.1.1 化學特性檢測 76
4.2鹼性鋅改變稀釋倍數 79
4.2.1化學特性檢測 79
4.2.2 物理特性檢測 83
4.3酸性鋅與鹼性鋅比較 92
4.4結論 94
第五章 第二代水藍、五彩鈍化研究 95
5.1 螯合溫度對鍍層的影響(水藍) 95
5.1.1 化學特性檢測 95
5.1.2 物理特性檢測 97
5.2 添加NaF對鍍層的影響 106
5.2.1 化學特性檢測 106
5.3 五彩鍍層添加In對鍍層的影響 109
5.3.1 化學特性檢測 109
5.4五彩鍍層添加Sn對鍍層的影響 111
5.4.1 化學特性檢測 111
5.5五彩鍍層添加Sn、In對鍍層的影響 113
5.5.1 化學特性檢測 113
5.6結論 116
第六章 總結與建議事項 117
參考文獻 119
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