Защитные свойства Zr-содержащих конверсионных покрытий на цинке

Цель исследования − разработка экологически безопасной бесхромовой технологии пассивации гальванически оцинкованной стали. Пассивация гальванических цинковых покрытий проводилась осаждением на них конверсионных покрытий из растворов, содержащих ZrO(NO₃)₂, Na₂SiF₆ и окислитель H₂O₂ или K₂S₂O₈. Изучалось влияние pH раствора, концентрации Na₂SiF6 и типа окислителя на показатели защитных свойств покрытий методом капли и электрохимическим методом линейной вольтамперометрии в 3 %-ном NaCl с использованием полного факторного эксперимента 23 . Рассчитаны главные эффекты и эффекты взаимодействия исследованных факторов для времени потемнения капли и потенциала растворения цинка. Наибольшее влияние на оба показателя оказывает pH раствора в присутствии окислителя K₂S₂O₈. Концентрация Na₂SiF₆ оказывает значительное влияние на потенциал растворения цинка и наименьшее влияние на время потемнения капли. Увеличение pH раствора и концентрации Na₂SiF₆ увеличивает показатели защитных свойств покрытий. Измерения потери массы и потенциала разомкнутой цепи в процессе ресурсных испытаний конверсионных покрытий в 3 %-ном NaCl показали возрастание скорости коррозии со временем.

1. Матыс, В. Г. Конверсионные покрытия на цинке, полученные из молибдат-фосфатных растворов с добавками ионов переходных металлов / В. Г. Матыс, В. А. Ашуйко, Л. Н. Новикова // Труды БГТУ. Сер. 2. Хим. 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. Хим. технологии, биотехнологии, геоэкология. – 2019. – № 1. – С. 90–102.

3. Walker, D. E. Molybdate based conversion coatings for zinc and zinc alloy surfaces: a review / D. E. Walker, G. D. Wilcox // Transactions of the Institute of Metal Finishing. – 2008. – Vol. 86, N 5. – P. 251–259. https://doi.org/10.1179/174591908X345022

4. Rout, T. K. Effect of molybdate coating for white rusting resistance on galvanized steel / T. K. Rout, N. Bandyopadhyay // Anti-Corrosion Methods and Materials. – 2007. – Vol. 54, N 1. – P. 16–20. https://doi.org/10.1108/00035590710717348

5. Song, Y. K. Development of a Molybdate – Phosphate – Silane – Silicate (MPSS) coating process for electrogalvanized steel / Y. K. Song, F. Mansfeld // Corrosion Science. – 2006. – Vol. 48, N 1. – P. 154–164. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2004.11.028

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, N 4. – P. 188–195. https://doi.org/10.1179/174591906X124038

7. Magalhaes, A. A. O. Molybdate conversion coatings on zinc surfaces / A. A. O. Magalhaes, I. C. P. Margarit, O. R. Mattos // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 2004. – Vol. 572, N 2. – P. 433–440. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2004.07.016

8. An EXAFS investigation of molybdate-based conversion coatings / J. A. Wharton [et al.] // Journal of Applied Electrochemistry. – 2003. – Vol. 33, N 7. – P. 553–561. https://doi.org/10.1023/A:1024911119051

9. Properties of zinc coatings electrochemically passivated in sodium molybdate / N. E. Akulich [et al.] // Surface and Interface Analysis. – 2018. – Vol. 50, N 12–13. – P. 1310–1318. https://doi.org/10.1002/sia.6525

10. Акулич, Н. Е. Коррозионные свойства и защитная способность конверсионных покрытий на основе молибдата натрия / Н. Е. Акулич, И. М. Жарский, Н. П. Иванова // Свиридовские чтения: сб. ст. – Минск : БГУ, 2016. – Вып. 12. – С. 32–39.

11. Fachikov, L. Surface treatment of zinc coatings by molybdate solutions / L. Fachikov, D. Ivanova // Applied Surface Science. – 2012. – Vol. 258, N 24. – P. 10160–10167. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.06.098

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, N 2. – P. 107–116. https://doi.org/10.1179/174591910X12646062076760

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, N 7. – P. 2328–2334. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.09.018

14. The molybdate-zinc conversion process / C. G. Da Silva [et al.] // Corrosion Science. – 2009. – Vol. 51, N 1. – P. 151–158. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2008.10.019

15. Hamlaoui, Y. Corrosion behaviour of molybdate-phosphate-silicate coatings on galvanized steel / Y. Hamlaoui, L. Tifouti, F. Pedraza // Corrosion Science. – 2009. – Vol. 51, N 10. – P. 2455–2462. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.06.037

16. Singh, D. D. N. Molybdenum–phosphorus compounds based passivator to control corrosion of hot dip galvanized coated rebars exposed in simulated concrete pore solution / D. D. N. Singh, R. Ghosh // Surface and Coatings Technology. – 2008. – Vol. 202, N 19. – P. 4687–4701. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2008.03.038

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. Хим. технологии, биотехнологии, геоэкология. – 2018. – № 1. – С. 104–113.

18. Akulich, N. E. A study of conversion coatings on vanadium/galvanic zinc / N. E. Akulich, I. M. Zharskii, N. P. Ivanova // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. – 2017. – Vol. 53, N 3. P. 503–510. https://doi.org/10.1134/S2070205117020034

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, N 2. – P. 503–507. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.09.080

20. Zou, Z. Corrosion protection properties of vanadium films formed on zinc surfaces / Z. Zou, N. Li, D. Li // Rare Metals. – 2011. – Vol. 30, N 2. – P. 146–149. https://doi.org/10.1007/s12598-011-0214-8

21. Tang, P. T. Molybdate based passivation of zinc / P. T. Tang, G. BechNielsen, P. Moller // Transactions of the Institute of Metal Finishing. – 1997. – Vol. 75, N 4. – P. 144–148. https://doi.org/10.1080/00202967.1997.11871161

22. Self-repairing oxides to protect zinc: Review, discussion and prospects / S. Thomas [et al.] // Corrosion Science. – 2013. – Vol. 69. – P. 11–22. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2013.01.011

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, N 2. – P. 391–397. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.06.001

24. Wilson, B. Formation of ultra-thin amorphous conversion films on zinc alloy coatings: Part 2: Nucleation, growth and properties of inorganic-organic ultra-thin hybrid films / B. Wilson, N. Fink, G. Grundmeier // Electrochimica Acta. – 2006. – Vol. 51, N 15. – P. 3066–3075. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.08.041

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, N 2. – P. 475–482. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.07.009

26. Szczygieł, B. Effect of deposition time on morphology, corrosion resistance and mechanical properties of Ti-containing conversion coatings on zinc / B. Szczygieł, J. Winiarski, W. Tylus // Materials Chemistry and Physics. – 2011. – Vol. 129, N 3. – P. 1126–1131. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.05.074

27. Winiarski, J. Corrosion resistance of chromium-free conversion coatings deposited on electrogalvanized steel from potassium hexafluorotitanate(IV) containing bath / J. Winiarski, J. Masalski, B. Szczygieł // Surface and Coatings Technology. – 2013. – Vol. 236, N 3. – P. 252–261. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.09.056

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, N 2. – P. 28–41. https://doi.org/10.4236/ampc.2017.72004

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, N 1. – P. 79–86. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00171-1

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. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.06.174

31. Knudsen O. O., Forsgren A. Corrosion control through organic coatings. Second Edition / O. O. Knudsen, A. Forsgren. – London: CRC Press, 2017. – 255 p. https://doi.org/10.1201/9781315153186

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. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.08.030

33. Le Manchet, S. Effects of organic and inorganic treatment agents on the formation of conversion layer on hot-dip galvanized steel: An X-ray photoelectron spectroscopy study / S. Le Manchet, D. Verchère, J. Landoulsi // Thin Solid Films. – 2012. – Vol. 520, N 6. – P. 2009–2016. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2011.09.064

34. Barbucci, A. Study of chromate-free pretreatments and primers for the protection of galvanised steel sheets / A. Barbucci, M. Delucchi, G. Cerisola // Progress in Organic Coatings. – 1998. – Vol. 33, N 2. – P. 131–138. https://doi.org/10.1016/S0300-9440(98)00046-0

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. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.08.205

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. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.829.436

37. Zhu, L. Q. Investigation of formation process of the chrome-free passivation film of electrodeposited zinc / L. Q. Zhu, F. Yang, H. J. Huang // Chinese Journal of Aeronautics. – 2007. – Vol. 20, N 2. – P. 129–133. https://doi.org/10.1016/S1000-9361(07)60019-3

38. Treatment solution for producing chrome and cobalt-free black conversion coatings: pat. US 9005373B2 / Z. Starkbaum, L. Bedrnik, K. Schwarz, B. Dingwerth. – Publ. date 14.04.2015.

39. Agent for the production of anti-corrosion layers on metal surfaces: pat. US 8764916B2 / H. Donsbach, U. Hofmann, J. Unger. – Publ. date 01.07.2014.

40. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. – 2-е изд. – М.: Наука, 1976. – 279 c.