铬酸盐转化膜工艺参数优化的方法| 2015-03-01 | PCI杂志

深入研究关联进行铬酸盐转化膜过程变量对铝钎片涂层重量获得优惠券。本研究的目的是(1)确定目标涂层重量(毫克/平方。英尺)。这是需要足够的防腐;(2)关联转化膜过程变量在铝钎片优惠券涂层重量;和(3)找到最佳工艺条件,实现目标涂层重量。

严格的统计分析进行了相关的工艺参数对涂层重量。极化测试,开路电位和蚀电位进行比较,以确定所需的最低涂层重量达到防腐。

实验

铝钎片优惠券3005核心组成的合金4047铜焊合金复合双方通过真空钎周期运行创建production-typical表面。这些优惠券然后运行通过生产转化膜沐浴在一段时间内测量涂层重量每个从过程中获得的优惠券。两个优惠券(约3 x 6”)是异常地挂在每次运行通过涂料浴。

使用湿法涂层重量测定。在这种方法中,优惠券进行转换涂料浴和允许空气干燥30分钟。接下来,优惠券是称重和浸入50%硝酸的体积的解决方案,持续60秒。优惠券然后删除,剩下的铬酸盐涂层擦拭免费使用棉布和用de-ionized水冲洗。优惠券是reweighed风干后30分钟。区别在两个重量除以优惠券的表面积导致涂层重量以毫克/平方。英国《金融时报》。

对于腐蚀测试,优惠券是真空钎骑车和涂布在实验室控制条件下,但模拟生产过程。两套板涂层。一套是用于检查涂层重量在蚀电位的影响。不同涂层的重量通过不同浸泡时间在铬酸盐溶液(15秒40毫克/平方。英国《金融时报》。为80毫克/平方30秒。英国《金融时报》。等等)。板涂层重量的40岁,60岁,80、100、120和160毫克/平方。英尺由这个过程和干在225°F。 The second set of panels was prepared using the same procedure except that they all had a coating weight of 80 mg/sq. ft. and were dried at temperatures from 190 °F to 310 °F in increments of 20 °F.

极化实验在优惠券准备从这些面板。在这个技术,标本的潜在使用外部电路多种多样,和样品的电流响应测量。该技术测量开路电位和蚀电位,和这两个测量被用于这项研究判断涂层的保护。在ASTM测试进行了水、含氯100 ppm,硫酸和重碳酸盐,在室温下;饱和甘汞电极电位测定和引用。

生产流程优化结果

20分的两个优惠券在这项研究涂层重量平均为70.8毫克/平方。英尺和涂层重量从55到85毫克/平方。英国《金融时报》。这些运行的结果呈现在图1。结果也显示5 - 10毫克/平方。两个样本之间的英尺涂层重量的变化。这种差异可能是由于不同的优惠券的表面状况(灰尘、表面形貌等)。

在每个20运行,采集标本进行分析从清洁和chrome浴。清洁浴缸是检查铝、氟化、氢离子和清洗剂的浓度。铬浴是检查铝、氟化、氢离子和六价和三价铬的内容。两个浴室的温度是在每次运行监控。所有变量的测量,只有清洁剂浓度、清洁pH值、熔体温度和六价铬浓度测量的工厂在生产运行期间。这些是唯一的工艺参数与规范定义的。

清洁剂浓度的变化在每个运行中可以看到图2所示。这里的规范要求清洁按体积浓度为3.14到4.26%。在一些情况下,浓度低于其最低极限。清洁和chrome浴的pH值在本研究记录在图3中。需要清洁pH值低于2.0,它是在每个样本的研究。铬浴pH值也显示,但它没有定义的规范。建议清洁浴的温度是125至135°F。在几个实例这浴温度延伸至140°F。铬浴温度在70到80°F规范整个研究。这些温度如图4所示。 The chrome concentrations during each run can be seen in Figure 5. The hexavalent chrome concentration is well within its 400 to 1200 ppm limits. The trivalent chrome concentration was found by analyzing for the total chrome concentration and subtracting the hexavalent chrome concentration. Currently, there is no set specification for this species of chrome.

氟化铝和离子浓度的浴室也在研究监测。没有必要为这些离子浓度的限制。然而,他们分析了观察他们的变化从运行运行取决于体积的产品经历浴和浴是再生的次数。这些浓度图6和图7中可以看到。有迹象显示在文学¹铬铝浓度大于300 ppm的浴减少了涂层重量。浴中的铝浓度在这项研究范围从400到500 ppm。

几次都是在收集的数据的统计回归分析。第一次尝试包括hyper-planar关系中的所有参数分析研究涂层重量的优惠券。然而,只有18%的相关因子。通过消除变量似乎低贡献(基于系数的大小)的整体涂层重量25%的相关因子。这个回归相关清洁浴的浓度、温度、pH值、铬浴三价铬浓度、温度和pH值的涂层重量优惠券。

为了进一步完善回归,一个抛物线关系被介绍给最重要的贡献者的涂层重量之前回归,即清洁浴室的pH值。这种相关性提高到26%。抛物线关系扩大铬浴的pH值和更清洁的浓度。剩下的流程变量的涂层重量有关的方程如下:

X = -131.992²+ 359.940 - 25.887 B²2.635 + 357.129 B + C²0.8099 - 17.643 C + D + 0.067042 E + 0.0588 F - 229.250

在那里,

涂层重量(毫克/平方。英国《金融时报》)= X

pH铬浴=

pH值清洁浴室= B

清洁剂浓度= C

铬浴温度= D

清洁浴温度= E

三价铬浓度= F

每个方程的常数,乘以一个特定参数值有一定的信心。这些值是决定使用一个统计“野生”。野生的结果显示多少百分比的事件集可以用给定的随机发生的相关性。举个例子,一个野生值为0.001时表示,0.1%会发生随机以这种方式。这个建议非常可靠的数据。

野生的常量值是:

对于一个²:0.001

为:0.001

对于C²:0.25

C: 0.1

其余的变量已变得无关紧要。

铬浴pH值的关系到涂层重量(与所有其他变量保持固定在他们的平均价值在研究)如图8所示。在研究铬浴酸碱之间操作的1.1和1.5。这个回归表明,涂层重量会发生低pH值和最大涂层重量可以达到在一个推断pH值为2.7。

清洁剂浓度的关系和计算涂层重量可以看到如图9所示。这里的清洁剂浓度从1.0到4.0%的体积在研究过程中,并指定运行在4.26%和3.14之间体积更清洁。这个数字表明,较低的清洁剂浓度有利于涂层重量。

这种回归是进一步细化通过消除边远数据点。这些点的计算涂层重量+ / - 10毫克/平方。英尺不同于实际的涂层重量。结果回归获得35%的相关性和改进的一些野生的价值观。回归方程和野生的值如下所示:

X = -202.920²+ 540.300 + 54.022 B²1.871 - 112.920 B + C²0.6795 - 14.587 C + D + 0.09812 E + 0.0672 F - 270.31

野生值:

一个²:0.001

答:0.001

B²:0.05

B: 0.05

C: 0.1

其余的系数变得无关紧要。注意清洁的pH值已经成为重要而清洁剂浓度的常系数的平方辍学了。

清洁的pH值的影响计算涂层重量可以看到如图10所示。这表明较低的清洁浴pH值会提高涂层。铬浴pH值之间的关系和计算涂层重量如图11所示。再次高pH值为涂料浴比过程操作需要。清洁剂浓度影响涂层重量如图12所示。这种关系也没有什么变化从先前的回归;低浓度将提高涂层。在每个图的操作范围和规范包括清晰。

通过检查重复的概括在每个数据的回归,一个观察持续高铬浴pH值比目前运行在生产(约2.7)将最大化产品将获得的涂层重量。这个预测是令人愉快的从理论的角度来看由于更高的pH值防止六价铬的还原三价铬(六价铬防护涂料提供了一个比三价铬)。

数据还显示(在最后的回归),pH值较低的清洁浴是可取的。0.8和1.2之间操作的过程中学习。然而,最大化的统计估计更清洁的pH值是在过程定义的规范(规范:pH值< 2.0)。由于低pH值是在流程规范,这种情况很容易尝试。

最后回归还表示,较低的清洁剂浓度有利于提高涂层重量。图9表明,没有清洁结果最好的涂层。显然这是一个数学异常物理过程,需要我们把这个相关限制的适用性。实际上,这种相关性表明,减少清洁是有益的数据范围1.0 - 4.0%的体积更清洁。清洁被认为是必要的准备铝表面铬酸盐涂层。过度清洁可能被抬到清洁冲洗坦克和最终到铬槽。这可能导致铬涂层溶解掉,因为它是在铝表面形成。这种情况可以减轻通过增加清洗槽的溢出率,从而减少清洗剂的浓度在所有的坦克(这种情况不会减损涂层过程;因此,它可能被测试在生产而不损害产品)。更好的确认可能会测试它在实验室条件下,因为本研究推荐的浓度较低外的流程规范。 It is worth noting that increasing the overflow rates as well as the use of higher cleaner concentration increases the cost of the process as well as affluent discharge to the environment.

有一个明显的矛盾的两个变量前面的段落。清洁浴室,回归分析表明,清洁剂pH值以及清洁剂浓度降低。因为它是一种酸性清洗剂,降低清洁剂浓度会自动增加等博士矛盾这个问题在一定程度上的有效性分析。此外,一些预测是如此远离实际的规范,这样总推断似乎是不合理的。尽管如此,分析提出了建议需要一个实验室研究涂层工艺控制以及显示方法研究生产涂层工艺。

去除离群值不得使结论更真实。它只是意味着更多的准确性或需要更多的自由度。因此,它可能是等可能的双曲线回归(在文章中没有显示)援助,pH值更高的清洁可能同样是有利的。在任何情况下没有冲突的两个分析关于铬浴pH值或清洁剂浓度效应。

腐蚀的结果

图13给出了极化行为的一个裸(裸)样本和两个样品涂在40毫克/平方。英国《金融时报》,开路电位(E_oc)代表了潜在的优惠券在一个浸条件阴极反应的速率等于阳极反应的速率。因此,净电流零这个潜力。这个国家是由E_oc为测试# 14如图13所示。当优惠券的潜力是阳极极化方向使用外部电路,当前最初增加而增加的潜力,表明腐蚀活动增加优惠券。作为测试# 14显示,当前几乎恒定超过一定的潜力。这个恒流区域表明被动优惠券表面的状态。当潜在的进一步增加,达到一个点,当当前不再是常数,电流急剧增加。这种潜在的被称为蚀电位和代表一个条件,保护表层不再保护,和点蚀(局部腐蚀)预计将出现超出这一点(因为电流密度是衡量腐蚀的速度,电流密度的增加代表一个加速腐蚀情况可以预期)。这一点是由E_p在图13所示。当E_p和E_oc分离测试# 14,一个能指望拥有防腐涂层。这是如何推断出涂层的保护。可以指出,测试# 9(有相同的涂层重量)没有显示这样的分离,表明40毫克/平方。英尺涂层重量可能不足以提供保护由于涂层均匀性的变化。裸板没有钝化范围,因此,没有蚀电位。在这种情况下让预计将立即开始表明通过提高电流密度增加的潜力。

图14给出了开路和点蚀电位测量优惠券各种涂层重量。分散的数据是明显的。有明显的重叠潜在价值衡量优惠券各种涂层重量。这些测量的统计比较涂层重量显示从一个涂层重量无显著变化。如果产生额外的数据,也许能获得明显的差异。但从这些数据可以画一些工程的结论。优惠券的涂有40毫克/平方。英国《金融时报》,一个优惠券的显示E之间没有分离_oc和E_p。如果我们针对实际产品在生产这种级别的涂布量,会有一个重要的机会,它将服务条件下坑。另一方面,涂层重量超出这个水平总是显示分离E_oc和E_p即使在最糟糕的情况下,这是定义的蚀电位最低和最高开路电位测量使用多个优惠券(E_oc和E_p在多个测试至少分离)。所以生产的目标是超越这个涂层重量。非常大的涂层重量要避免基于成本考虑,从的角度来看,得到粉状涂料在非常高的涂层重量。所以逻辑推荐制造业80毫克/平方的目标。15毫克/平方英尺的变化。英尺。这个建议被采用在制造和使用过程控制参数,而不是一个规范。应该强调,这个建议是独特的,这一过程使用真空钎焊和化学物质用于表面清洗和铬涂层。可控气氛钎焊的(出租车)铝钎片需要一套不同的工艺参数,甚至不同的清洁和铬浴化学物质来获取最佳涂层重量。目标优化涂层重量可能有所不同。

干燥温度提出了类似的数据在图15所示。再一次,一个重要的散点数据中获得。但没有重叠在E_oc和E_p获得任何干燥温度包括在这项研究中,这表明它可能是可接受的,在如此高的温度下干燥涂层310°F(这是基于最坏的情况下基础E在哪里_oc和E_p至少分开)。然而,普遍认为,更高的温度降低涂层的防护质量,在这方面和时间温度可能是一个重要的考虑因素。军用标准²推荐一个干燥的温度(和服务接触温度)不超过140°F。从生产的角度看,这被认为是一个不切实际的干燥温度,因为长时间周期的过程。也许是一个实用的方法,努力降低干燥温度从225°F通过改善炉空气循环(干燥的空气比较潮湿空气)。这里的数据似乎表明,涂层重量可能是更重要的比干燥温度参数。

这里的观察进一步支持通过扫描电子显微镜检查表面的优惠券。图16至19显示样品的显微图涂上各种涂层重量和干在不同的温度下。很明显,增加涂层重量从40到160毫克/平方。英尺(225°F)的干燥温度,使涂料粉。干燥温度似乎没有影响涂层的表面特征。有可能是铬的形式(Cr^{+ 3}与Cr^{+ 6})表面上是由温度改变。没有在本研究进行研究。

结论

严格的统计分析工具已经提出了优化铬酸盐转化膜参数的涂层铝钎复合合金。优化需要获得均匀的涂层,减少成本和减少富裕的排放到环境中。极化技术似乎是一个可行的工具来测量提供的防腐涂料。这里讨论的过程,似乎80毫克/平方。英尺是一个最佳防腐涂层重量。扫描电镜显示,高涂层重量会使涂料粉。虽然干燥温度没有似乎是一个主要变量的重要性在这项研究中,一个中间温度干燥(225°F)继续基于供应商推荐,文学和过程周期时间考虑。

引用