PASSIVATION OF ELECTROGALVANIZED STEEL IN SOLUTIONS CONTAINING ZIRCONIUM OXOCATIONS

УДК 621.793:620.197

  • Матыс Владимир Генрихович – кандидат химических наук, доцент кафедры химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: vmatys@belstu.by

  • Тарасевич Александр Васильевич – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: altava98@mail.ru

  • Полещук Евгений Юрьевич – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: jeka26.08.98@gmail.com

  • Поплавский Василий Владимирович – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры физики. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: vpoplav@yandex.by

  • Мисюкевич Светлана Сергеевна – магистрант кафедры химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: svetlana.misukevich@yandex.ru

  • Ашуйко Валерий Аркадьевич – кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: ashuiko@belstu.by

Ключевые слова: цинк, цирконий, пассивация, конверсионное покрытие, коррозия.

Для цитирования: Пассивация гальванически оцинкованной стали в растворах, содержащих оксокатионы циркония / В. Г. Матыс [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. - Минск : БГТУ. 2020. - № 1 (229). - С. 34-46.

Аннотация

Цель исследования − разработка экологически безопасной бесхромовой технологии пассивации гальванических цинковых покрытий. Пассивация гальванических цинковых покрытий проводилась из растворов на основе экологически безопасных соединений циркония и кремния. Изучалось влияние состава раствора и времени пассивации на защитно-декоративные свойства получаемых конверсионных покрытий с использованием дробного факторного эксперимента 25–2. Защитные свойства конверсионных покрытий изучены методом капли и электрохимическим методом линейной вольтамперометрии в 3%-ном растворе NaCl. Токи и потенциалы коррозии покрытий определялись путем аппроксимации поляризационных кривых с использованием модели, учитывающей реакции катодного восстановления кислорода, ионизации цинка и образования пленки оксида цинка. Полученные покрытия были равномерными, окраска варьировалась от бесцветной до темно-коричневой. Наибольший эффект на блокирующие свойства покрытий оказывают концентрация оксокатионов циркония, время пассивации и смешанный эффект pH раствора и типа окислителя. Также значимый эффект на потенциал и токи коррозии оказывает концентрация соединения кремния. Увеличение концентраций оксокатионов циркония, соединения кремния и времени пассивации повышает защитные свойства покрытий. Влияние pH раствора на защитные свойства зависит от типа окислителя. В присутствии K2S2O8 с увеличением pH защитные свойства повышаются, а в присутствии H2O2 – снижаются.

Скачать

Список литературы

  1. Матыс В. Г., Ашуйко В. А., Новикова Л. Н. Конверсионные покрытия на цинке, полученные из молибдат-фосфатных растворов с добавками ионов переходных металлов // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2019. № 2. С. 127–136.
  2. Защитные свойства конверсионных покрытий, полученных на цинке в молибдатно-фосфатном и молибдатно-ванадатном растворах / В. Г. Матыс [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2019. № 1. С. 90–102.
  3. Walker D. E., Wilcox G. D. Molybdate based conversion coatings for zinc and zinc alloy surfaces: a review // Transactions of the Institute of Metal Finishing. 2008. Vol. 86, no 5. P. 251–259.
  4. Rout T. K., Bandyopadhyay N. Effect of molybdate coating for white rusting resistance on galvanized steel // Anti-Corrosion Methods and Materials. 2007. Vol. 54, no 1. P. 16–20.
  5. Song Y. K., Mansfeld F. Development of a Molybdate – Phosphate – Silane – Silicate (MPSS) coating process for electrogalvanized steel // Corrosion Science. 2006. Vol. 48, no 1. P. 154–164.
  6. SVET investigation into use of simple molybdate passivation treatments on electrodeposited zinc coatings / O. D. Lewis [et al.] // Transactions of the Institute of Metal Finishing. 2006. Vol. 84, no. 4. P. 188–195.
  7. Magalhaes A. A. O., Margarit I. C. P., Mattos O. R. Molybdate conversion coatings on zinc surfaces // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2004. Vol. 572, no 2. P. 433–440.
  8. An EXAFS investigation of molybdate-based conversion coatings / J. A. Wharton [et al.] // Journal of Applied Electrochemistry. 2003. Vol. 33, no. 7. P. 553–561.
  9. Properties of zinc coatings electrochemically passivated in sodium molybdate / N. E. Akulich [et al.] // Surface and Interface Analysis. 2018. Vol. 50, no. 12–13. P. 1310–1318.
  10. Акулич Н. Е., Жарский И. М., Иванова Н. П. Коррозионные свойства и защитная способность конверсионных покрытий на основе молибдата натрия // Свиридовские чтения: сб. ст. 2016. № 12. С. 32–39.
  11. Fachikov L., Ivanova D. Surface treatment of zinc coatings by molybdate solutions // Applied Surface Science. 2012. Vol. 258, no 24. P. 10160–10167.
  12. Conversion coatings for zinc electrodeposits from modified molybdate solutions / O. D. Lewis [et al.] // Transactions of the Institute of Metal Finishing. 2010. Vol. 88, no. 2. P. 107–116.
  13. Synthesis and evaluation of corrosion resistance of molybdate-based conversion coatings on electroplated zinc / D. Liu [et al.] // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 205, no. 7. P. 2328–2334.
  14. The molybdate-zinc conversion process / C. G. Da Silva [et al.] // Corrosion Science. 2009. Vol. 51, no. 1. P. 151–158.
  15. Hamlaoui Y., Tifouti L., Pedraza F. Corrosion behaviour of molybdate-phosphate-silicate coatings on galvanized steel // Corrosion Science. 2009. Vol. 51, no 10. P. 2455–2462.
  16. Singh D. D. N., Ghosh R. Molybdenum-phosphorus compounds based passivator to control corrosion of hot dip galvanized coated rebars exposed in simulated concrete pore solution // Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202, no 19. P. 4687–4701.
  17. Защитные свойства конверсионных покрытий, полученных на цинке в ванадатном растворе пассивации с добавками ионов Zn2+ и Fe2+ / Г. Вейсага [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2018. № 1. С. 104–113.
  18. Akulich N. E., Zharskii I. M., Ivanova N. P. A study of conversion coatings on vanadium/galvanic zinc // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2017. Vol. 53, no 3. P. 503–510.
  19. A vanadium-based conversion coating as chromate replacement for electrogalvanized steel substrates / Z. Zou [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509, no 2. P. 503–507.
  20. Zou Z., Li N., Li D. Corrosion protection properties of vanadium films formed on zinc surfaces // Rare Metals. 2011. Vol. 30, no 2. P. 146–149.
  21. Tang P. T., BechNielsen G., Moller P. Molybdate based passivation of zinc // Transactions of the Institute of Metal Finishing. 1997. Vol. 75, no 4. P. 144–148.
  22. Self-repairing oxides to protect zinc: Review, discussion and prospects / S. Thomas [et al.] // Corrosion Science. 2013. Vol. 69. P. 11–22.
  23. A comparative study of the corrosion protective properties of chromium and chromium free passivation methods / R. Berger [et al.] // Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 202, no 2. P. 391–397.
  24. Wilson B., Fink N., Grundmeier G. Formation of ultra-thin amorphous conversion films on zinc alloy coatings: Part 2: Nucleation, growth and properties of inorganic-organic ultra-thin hybrid films // Electrochimica Acta. 2006. Vol. 51, no 15. P. 3066–3075.
  25. Study of a chromium-free treatment on Hot-Dip Galvanized steel: Electrochemical behaviour and performance in a saline medium / S. Le Manchet [et al.] // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 205, no 2. P. 475–482.
  26. Szczygieł B., Winiarski J., Tylus W. Effect of deposition time on morphology, corrosion resistance and mechanical properties of Ti-containing conversion coatings on zinc // Materials Chemistry and Physics. 2011. Vol. 129, no 3. P. 1126–1131.
  27. Winiarski J., Masalski J., Szczygieł B. Corrosion resistance of chromium-free conversion coatings deposited on electrogalvanized steel from potassium hexafluorotitanate(IV) containing bath // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 236, no 3. P. 252–261.
  28. Effect of Hot Dip Galvanized Steel Surface Chemistry and Morphology on Titanium Hexafluoride Pretreatment / V. Saarimaa [et al.] // Advances in Materials Physics and Chemistry. 2017. Vol. 07, no 2. P. 28–41.
  29. Optimization of commercial zirconic acid based pretreatment on hot-dip galvanized and Galfan coated steel / P. Puomi [et al.] // Surface and Coatings Technology. 1999. Vol. 115, no 1. P. 79–86.
  30. Zirconium-based conversion film formation on zinc, aluminium and magnesium oxides and their interactions with functionalized molecules / L. I. Fockaert [et al.] // Applied Surface Science. 2017. Vol. 423. P. 817–828.
  31. Knudsen O. O., Forsgren A. Corrosion control through organic coatings. Second Edition. London: CRC Press, 2017. 255 p.
  32. Organosilane modified Zr-based conversion layer on Zn–Al alloy coated steel sheets / T. Lostak [et al.] // Surface and Coatings Technology. 2016. Vol. 305. P. 223–230.
  33. Le Manchet S., Verchère D., Landoulsi J. Effects of organic and inorganic treatment agents on the formation of conversion layer on hot-dip galvanized steel: An X-ray photoelectron spectroscopy study // Thin Solid Films. 2012. Vol. 520, no 6. P. 2009–2016.
  34. Barbucci A., Delucchi M., Cerisola G. Study of chromate-free pretreatments and primers for the protection of galvanised steel sheets // Progress in Organic Coatings. 1998. Vol. 33, no 2. P. 131–138.
  35. An in situ study of zirconium-based conversion treatment on zinc surfaces / P. Taheri [et al.] // Applied Surface Science. 2015. Vol. 356. P. 837–843.
  36. Phosphate-Free Protective Nanoceramic Coatings for Galvanized Steel Sheet with H2O2 Additive / A. Payami-Golhin [et al.] // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 829. P. 436–440.
  37. Zhu L. Q., Yang F., Huang H. J. Investigation of formation process of the chrome-free passivation film of electrodeposited zinc // Chinese Journal of Aeronautics. 2007. Vol. 20, no 2. P. 129–133.
  38. Treatment solution for producing chrome and cobalt-free black conversion coatings: pat. 9005373B2 USA / Z. Starkbaum, L. Bedrnik, K. Schwarz, B. Dingwerth; Atotech Deutschland GmbH No 13/394362; publish 14.04.2015. URL: https://patents.google.com/patent/US9005373/ko (accessed: 11.11.2019).
  39. Agent for the production of anti-corrosion layers on metal surfaces: pat. 8764916B2 USA / H. Donsbach, U. Hofmann, J. Unger; Atotech Deutschland GmbH No 12/593632; publish 01.07.2014. URL: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm&=1&f=G&l=50&s1=8764916.PN.&OS=PN/8764916&RS=PN/8764916 (accessed: 11.11.2019).
  40. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд. М.: Наука, 1976. 279 c.
  41. Flitt H. J., Schweinsberg D. P. Synthesis , matching and deconstruction of polarization curves for the active corrosion of zinc in aerated near-neutral NaCl solutions // Corrosion Science. 2010. Vol. 52, no. 6. P. 1905–1914.
  42. Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия: учебник для вузов. М.: Химия, 2001. 624 c.
Поступила 11.11.2019