CN110132825A - 一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法 - Google Patents

一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，采用镀铬板表面的溶出铁量来表示镀铬板的孔隙率，进而评价镀铬板表面耐蚀性，能有效预判镀铬板的表面耐蚀性，并为镀铬板的改进生产提供了依据；与镀锡板孔隙率实验的侵蚀溶液相比，本实验方法侵蚀溶液稳定，能够准确的反应镀铬板孔隙率，可对不同镀铬板表征其表面耐蚀性差异；可给厂家和用户降低镀铬板表面腐蚀发生率，提高了镀铬板产品的合格率。

Description

一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法
技术领域
本发明属于耐腐蚀检测技术、具体涉及一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法。
背景技术
镀铬钢板是通过在钢板表面进行电解铬酸盐处理，使钢板表面沉积一层金属铬(一般为50～100mg/m2)及铬氧化物膜(一般为5～20mg/m2)，其为一种经济型罐材料。镀铬板表面化学成份极其稳定，从表面膜溶出的铬离子是极其微量的，正是由于镀铬板表面的无毒性，其产品广泛应用于食品罐头。镀铬钢板除了具有无毒性的特点，还具有镀着量少、成本低、附着力强、涂漆性好、耐温性好、高抗硫性、高耐碱性等优点。因此，镀铬板还用于自行车部件、家庭电器用品、办公用品、建材材料部件、汽车部件等领域。
镀铬板一般由基板、金属铬层、铬的水合氧化物层和油膜4层组成。金属铬镀层按JIS标准规定名义镀层厚度一般为70mg/m2，厂家一般控制在100mg/m2左右，铬的水合氧化物膜一般控制在7～20mg/m2左右。镀铬板表面镀层金属铬层存在不连续的微小孔隙缺陷，影响产品的使用寿命及所储存食品饮料的固有质量，而氧化铬层具有封闭孔隙、提高镀铬板表面致密性和涂饰性的作用。但由于工艺条件的不同，电流效率较低，氧化铬层的结构、组成成分比例也随之改变，如：2CrOOH·3H2O，Cr(OH)3·3H2O，CrO3·CrO3，Cr(OH)CrO4，Cr(OH)2Cr(OH)CrO4，Cr(OH)3，Cr2O3等，且氧化膜覆盖作用也大打折扣。当金属铬镀层孔隙较多，而氧化铬膜又无法完全封闭，势必影响镀铬板表面质量，尤其是在潮湿、近海地区，再加上运输周转周期较长，镀铬板表面质量尤为重要。众所周知，镀铬工艺段电流效率一般在17～23％左右，而80％的电量均消耗在析氢反应，这是导致金属铬段形成的孔隙较多、氧化铬段又无法完全封闭的主要原因之一。镀铬板表面孔隙率的高低问题是生产过程中非标准化控制范畴，也是容易被忽视的问题，但这又直接影响着镀铬板表面耐蚀性的好坏，在产品投入市场后有可能带来较大的质量缺陷。
具体表现为：在冷轧基板上镀铬，因铬是阴极镀层，因此只有铬镀层在无孔隙的情况下，才能达到抗蚀的目的。一般铬镀层都具有多孔性和布满裂纹的结构，并有可能穿透镀层直达基体的缺陷。在这种情况下铬镀层明显没有起到抗蚀作用，反而会加快基体腐蚀。尤其是铬与铁之间的电位差很大，即铁(Fe)为-0.44V，而铬(Cr)活化状态下的电位为-0.4～0.6V，且铬镀层在大气中很容易钝化，其电位跃升为0.8～1V，进一步拉大了铬层与钢铁之间的电位差。在电化学腐蚀过程中，虽然铬不会腐蚀，但铁会遭到严重腐蚀而生锈，铁件表面上镀铬层的腐蚀开始和腐蚀结果分别见图1a和图1b所示。
因此，研究出一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法是很有必要的。在镀铬板耐蚀性试验评价方法中，包括盐雾试验、电化学方法等，这些方法或是仅能定性的表征镀铬板耐蚀性的差异，或是存在试验结果重现性低、试验误差大、无法准确表征镀铬板耐蚀性的差异等不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，能够从数值上定量的给出不同镀铬板耐蚀性的差异，且大大的缩短了检测时间和检测成本，对镀铬产品的生产控制、提高镀铬产品市场竞争力，具有重要的实际意义。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，包括以下步骤：
A.配制镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线试剂；
B.采用铁标准曲线试剂制作镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线；
C.准备镀铬板实验试样，并进行脱脂处理；
D.配制镀铬板孔隙率实验的侵蚀溶液，其组分为0.5～2mol/L的NH4SCN、1.5～2.5v/v％的CH3COOH、0.5～2v/v％的H2O2，其余为去离子水；
E.在各实验杯中分别加入侵蚀溶液，并分别进行各试样的侵蚀显色实验；
F.试验后通过紫外分光光度计进行比色，用空白液调零，测定各个试样的吸光度，根据吸光度，在预先做好的工作曲线上，计算出各试样的铁溶出值，并计算出相应的孔隙率，根据镀铬板耐蚀性衡量标准值作出耐蚀性评价。
在步骤A中，所述的铁标准曲线试剂分别为1mol/L的NH4SCN、2v/v％的CH3COOH、1v/v％的H2O2、0.1g/L的Fe标准溶液。
在步骤C中，所述的镀铬板实验试样为25～30cm2的圆形或方形。
在步骤E中，所述的侵蚀显色实验时间为10min～30min。
在步骤E中，所述的侵蚀显色实验中，向实验杯内密封吹氧，氧气速率在10～30cm3/min。
在步骤F中，所述的孔隙率的计算公式为：
CFe为反应后侵蚀溶液中的铁溶出值，单位mg/L；
Fe为镀铬板孔隙率，单位mg/dm2；
V为反应溶液体积，单位L；
S为试样面积，单位dm2。
在步骤F中，所述的阀值为15～25mg/dm2。
采用本发明的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，具有如下优点：
1、基于镀铬板的生产技术，提出了镀铬板表面耐蚀性的评价方法，能有效预判镀铬板的表面耐蚀性，并为镀铬板的改进生产提供了依据。
2、与镀锡板孔隙率实验的侵蚀溶液相比，本实验方法侵蚀溶液稳定，能够准确的反应镀铬板孔隙率，可对不同镀铬板表征其表面耐蚀性差异。
3、该镀铬板表面耐蚀性检测方法可给厂家和用户降低镀铬板表面腐蚀发生率，提高了镀铬板产品的合格率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：
图1a、1b分别是铁件表面上镀铬层的腐蚀开始和腐蚀结果的示意图；
图2是本发明的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法的流程框图；
图3是本发明的用于侵蚀显色实验的实验杯的示意图。
具体实施方式
一般所说的耐蚀性有两方面内容，其一是指从钢板制造工厂生产出来到开始实际使用为止的运输和储藏过程中的耐蚀性，其二是指在加工成形以后的实际使用过程中的耐蚀性。本发明就是通过将一定面积的镀铬钢板浸在实验溶液中，二价铁离子会通过表面膜的孔隙溶入实验溶液中，溶解出的二价铁离子用H2O2氧化成三价铁离子，其与溶液中硫氰化铵反应络合生成红色的硫氰化铁，根据不同物质吸光度的区别用比色皿法即可测出溶解的铁量，用以表示试样的孔隙率，从而表征试样的耐蚀性，相应的化学反应过程如下：
Fe+2H+＝Fe2++H2↑
2Fe2++2H++H2O2＝2Fe3++2H2O
Fe3++SCN-＝(FeSCN)2+
如图2所示，本发明的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其主要包括以下步骤：
1、所需试验药品及设备：
分析纯H2O2(30％)；纯度99.99％NH4SCN；分析纯冰醋酸；杯口面积为25.77cm2试验杯；紫外分光光度计。
2、配制镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线试剂，分别配制出1mol/L的NH4SCN、2％(体积)的CH3COOH、1％(体积)的H2O2、0.1g/L的Fe标准溶液。
1mol/L的NH4SCN：用量筒量取50mL蒸馏水,用天平称取NH4SCN(粉末)19.03g，加入到烧杯中，搅拌溶解；溶解后,转移到250mL容量瓶中，加蒸馏水将体积稀释至刻度线，摇匀。
1％(体积)的H2O2：氧化从镀铬板孔隙中析出的铁。用量筒量取8.33mL 30％的H2O2，倒入250mL容量瓶中，加蒸馏水将体积稀释至刻度线，摇匀。
2％(体积)CH3COOH：用量筒量取冰醋酸5mL，倒入250mL容量瓶中，加蒸馏水将体积稀释至刻度线，摇匀。
0.1g/L的Fe标准溶液：用移液管移取4.1Fe标液10mL至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。
3、制作镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线：准备7个容量瓶(100mL)并标记为No1～7，按表1所示的试剂添加在以上容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。在波长＝470nm下用紫外可见分光光度计进行比色，用No1作为空白进行吸光度调零，随后依次测定No2～No7的试样吸光度。以纵轴为吸光度(Abs)，横轴为铁含量(mg/L)，绘制一条曲线，作为镀铬板铁溶出值实验的铁标准曲线。
表1铁标准曲线各溶液配比
4、准备不同的镀铬板实验试样，将其剪成大小为25～30cm2的圆形或方形，将试样待测面用棉花蘸丁酮进行脱脂处理，
5、配制镀铬板孔隙率实验的所需实验溶液，其浓度组成为0.5～2mol/L NH4SCN、1.5～2.5％(体积)CH3COOH、0.5～2％(体积)H2O2，其余为去离子水。其中，组成CH3COOH使铁在一定的时间内从镀铬板表面孔隙中析出，H2O2可氧化析出的二价铁转化成三价铁，与此同时向装置内密封吹入氧气，确保其有足够的氧化能力保证二价铁离子完全转化为三价铁离子，氧气速率在10～30cm3/min,NH4SCN使三价铁生成红色络合离子。
6、在实验杯中加入侵蚀溶液100mL，其分别为NH4SCN 20mL，CH3COOH 20mL，H2O220mL，去离子水40mL，如图3所示，用各个实验杯的溶液进行各个试样的侵蚀显色实验，分别侵蚀10min～30min。
7、试验后在波长＝470nm下用紫外可见分光光度计对各个反应后侵蚀溶液进行比色，用空白液调零，然后测定各个试样的吸光度。根据吸光度，在预先做好的标准曲线上，求出试样的铁溶出值CFe，进而计算出相应的孔隙率：
CFe为反应后侵蚀溶液中的铁溶出值，单位mg/L
Fe为镀铬板孔隙率，单位mg/dm2
V为反应溶液体积，单位L；
S为试样面积，单位dm2。
在温度49℃，湿度98％的环境条件下，进行湿热试验30天，确定了镀铬板耐蚀性衡量标准值，即当铁溶出值超出15～25mg/dm2，镀铬板耐蚀性较差；当铁溶出值小于15～20mg/dm2时，镀铬板耐蚀性较好。
实施例1
1、配制镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线试剂，分别配制出1mol/L NH4SCN、2％(体积)CH3COOH、1％(体积)H2O2、0.1g/L Fe标准溶液。
2、制作镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线，准备7个容量瓶(100mL)并标记为No1～7，按表1所示的试剂添加在以上容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。在波长＝470nm下用紫外可见分光光度计进行比色，用No1作为空白进行吸光度调零，随后依次测定No2～No7的试样吸光度。以纵轴为吸光度，横轴为铁含量(mg/L)，绘制一条曲线，作为镀铬板孔隙率实验的铁标准曲线。
3、准备不同产品规格LT-5CA、MR DR-8CA、LDR-9CA、TWS的镀铬板实验试样，将其剪成大小为D＝57.3mm的圆形，将试样待测面用棉花蘸丁酮进行脱脂处理。
4、配制镀铬板孔隙率实验的侵蚀溶液，其浓度组成为1mol/L NH4SCN、2％(体积)CH3COOH、1.5％(体积)H2O2，其余为去离子水。
5、在实验杯中加入侵蚀溶液100mL，其分别为NH4SCN 20mL，CH3COOH 20mL，H2O220mL，去离子水40mL，用各个实验杯的溶液进行各个试样的侵蚀显色实验，分别侵蚀10min～20min。
6、试验后在波长＝470nm下用紫外可见分光光度计进行比色，用空白液调零，然后测定各个试样的吸光度。根据吸光度，在预先做好的工作曲线上，求出试样的铁溶出值CFe：
表2不同产品规格镀铬板铁溶出实验
7、检测结果的计算：
表3不同产品规格镀铬板表面孔隙率比较
8、在温度49℃，湿度98％的环境条件下，进行湿热试验30天，产品MR DR-8CA和LDR-9CA镀铬板耐蚀性较好，出现较少锈蚀斑迹，而产品LT-5CA和TWS镀铬板边部出现了较多点锈，尤其是产品TWS镀铬板大面积锈蚀情况，说明其耐蚀性较差。这证明与对应的镀铬板表面铁溶出值是一一对应的。
实施例2
1、配制镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线试剂，分别配制出1mol/L NH4SCN、2％(体积)CH3COOH、1％(体积)H2O2、0.1g/L Fe标准溶液。
2、制作镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线，准备7个容量瓶(100mL)并标记为No1～7，按表1所示的试剂添加在以上容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。在波长＝470nm下用紫外可见分光光度计进行比色，用No1作为空白进行吸光度调零，随后依次测定No2～No7的试样吸光度。以纵轴为吸光度，横轴为铁含量(mg/L)，绘制一条曲线，作为镀铬板孔隙率实验的铁标准曲线。
3、准备12个厂家的镀铬板实验试样，分别将其剪成大小为D＝57.3mm的圆形，将试样待测面用棉花蘸丁酮进行脱脂处理，
4、配制镀铬板孔隙率实验的侵蚀溶液，其浓度组成为1.5mol/L NH4SCN、2.5％(体积)CH3COOH、2％(体积)H2O2，其余为去离子水。
5、在实验杯中加入侵蚀溶液100mL，其分别为NH4SCN 20mL，CH3COOH 20mL，H2O220mL，去离子水40mL，用各个实验杯的溶液进行各个试样的侵蚀显色实验，分别侵蚀15min。
6、试验后在波长＝470nm下用紫外可见分光光度计进行比色，用空白液调零，然后测定各个试样的吸光度。根据吸光度，在预先做好的标准曲线上，求出试样的铁溶出值CFe：
表4不同厂家镀铬板的铁溶出值
厂家 A B C D
C<sub>Fe</sub>mg/L 96.9 97.9 89.9 163.1
厂家 E F G H
C<sub>Fe</sub>mg/L 139.6 107.7 24.22 111.3
厂家 I J K M
C<sub>Fe</sub>mg/L 29.6 45.87 104.9 66.0
7、检测结果的计算：
表5不同厂家镀铬板的孔隙率比较
厂家 A B C D
Fe(mg/dm<sup>2</sup>) 37.6 38.0 34.9 63.3
厂家 E F G H
Fe(mg/dm<sup>2</sup>) 54.2 41.8 9.4 43.2
厂家 I J K M
Fe(mg/dm<sup>2</sup>) 11.5 17.8 40.7 25.6
8、与用户反馈信息可知，厂家G、I和J的镀铬板耐蚀性较好，而厂家D、E和F的镀铬板耐蚀性较差。这证明与对应的镀铬板表面铁溶出值是一一对应的。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.配制镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线试剂；
B.采用铁标准曲线试剂制作镀铬板铁溶出实验的铁标准曲线；
C.准备镀铬板实验试样，并进行脱脂处理；
D.配制镀铬板孔隙率实验的侵蚀溶液，其组分为0.5～2mol/L的NH4SCN、1.5～2.5v/v％的CH3COOH、0.5～2v/v％的H2O2，其余为去离子水；
E.在各实验杯中分别加入侵蚀溶液，并分别进行各试样的侵蚀显色实验；
F.试验后通过紫外分光光度计进行比色，用空白液调零，测定各个试样的吸光度，根据吸光度，在预先做好的工作曲线上，计算出各试样的铁溶出值，并计算出相应的孔隙率，根据镀铬板耐蚀性衡量标准值作出耐蚀性评价。
2.根据权利要求1所述的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于：在步骤A中，所述的铁标准曲线试剂分别为1mol/L的NH4SCN、2v/v％的CH3COOH、1v/v％的H2O2、0.1g/L的Fe标准溶液。
3.根据权利要求1所述的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于：在步骤C中，所述的镀铬板实验试样为25～30cm2的圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于：在步骤E中，所述的侵蚀显色实验时间为10min～30min。
5.根据权利要求1所述的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于：在步骤E中，所述的侵蚀显色实验中，向实验杯内密封吹氧，氧气速率在10～30cm3/min。
6.根据权利要求1所述的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于：在步骤F中，所述的孔隙率的计算公式为：
CFe为反应后侵蚀溶液中的铁溶出值，单位mg/L；
Fe为镀铬板孔隙率，单位mg/dm2；
V为反应溶液体积，单位L；
S为试样面积，单位dm2。
7.根据权利要求1所述的一种镀铬板表面耐蚀性的评价方法，其特征在于：在步骤F中，所述的阀值为15～25mg/dm2。
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