[发明专利]一种定量评价磷化膜孔隙率的电化学测试方法

说明书

本发明涉及一种定量评价磷化膜孔隙率的电化学测试方法，具体步骤如下：(1)将磷化膜试样置于电解液中进行电化学交流阻抗试验，得到Nyquist图和Bode图；(2)利用步骤(1)得到的Nyquist图拟合出基体金属低碳软钢试样在该电解质溶液中的以及磷化膜试样在电解液中的界面微分电容C_dl；(3)通过步骤(1)得到的Bode图拟合出磷化膜在交流阻抗测试频率范围内从高频至穿透相位或穿透频率所对应的实验频率点数N'；(4)根据步骤(2)和(3)所得参数计算孔隙率。与现有技术相比，本发明定量评价磷化膜的孔隙率容易实行，快速简便，准确度高。

技术领域

本发明涉及一种磷化膜孔隙率的测定方法，尤其是涉及一种定量评价磷化膜孔隙率的电化学测试方法。

背景技术

碳钢、铝合金、锌合金、镉以及其它金属材料的磷化是表面处理中广泛采用的方法之一，金属表面磷化的目的主要表现在两方面，一是应用在涂装的前处理工序，增加涂层的附着力，二是获得耐腐蚀、润滑、电绝缘的功能性磷化膜，此外磷化膜具有装饰性的作用，磷化的金属零件如结合油或石蜡的后处理，能提供暂时性防护作用^[1]。在磷化膜的这些特性当中，耐蚀性能是磷化膜一个重要的使用性能指标，目前关于磷化膜耐蚀性能的测试评定方法分为常规试验方法和电化学试验方法，常规实验法主要有硫酸铜点蚀试验、盐水试验，这两种试验方法都能较直接地评价磷化膜的耐蚀性，但只能给出定性的结果，并且当膜层较厚时需要依靠经验判断试验终点，容易引入较大的人为误差，检测结果具有较大的主观性。磷化膜耐蚀性的电化学试验方法主要是动电位扫描法和电化学交流阻抗法，这两种方法通过测试覆有磷化膜的试样在电解液当中的腐蚀电势、腐蚀电流和腐蚀的极化电阻，从而定量地评价磷化膜的耐蚀性能^[2,3]。

磷化膜耐蚀性的电化学表征方法具有精确度高的优点。实际上，除了腐蚀电势、腐蚀电流和腐蚀的极化电阻能定量评价磷化膜的耐蚀性能以外，磷化膜的孔隙率与膜层的耐蚀性能也有很好的对应关系，是磷化膜的重要特性，测定磷化膜层的孔隙率，也可以定量评价磷化膜的耐蚀性能。

磷化膜孔隙率的定量评价可以通过图像分析软件计算得出^[4]，其原理是从磷化膜试样SEM形貌可以看出孔隙、裂纹等缺陷处的颜色更深，通过Photoshop软件以孔隙处色阶设定适当的阀值，高于此值的区域呈现白色，低于此值的区域呈现黑色，由此生成黑白分明的灰度照片，然后通过图像分析软件计算灰度照片中黑色面积所占的百分比率，计算出磷化膜的孔隙率。此外，Notter等^[5]采用动电位扫描电化学实验的方法、Weng和Lendvay等^[1,6]采用电化学交流阻抗实验的方法定量评价了磷化膜的孔隙率。事实上Notter、Weng等采用电化学方法评定磷化膜孔隙率的数学模型源自于A.T.A.Jenkins,R.D.Armstrong^[7]报道的关于涂层孔隙率的数学模型(如图1-2所示)。图1中模型认为在进行孔隙率电化学交流阻抗测试当中，膜是绝缘的，电解液通过膜孔隙渗入金属表面后，基体金属腐蚀的面积与孔隙的面积相等，孔隙率的计算公式可以用下列方程表示：

其中，A_d-孔隙率，ρ-孔隙中电解液电阻率(Ω·cm)，d-涂层厚度(cm)，R_po-基体金属在电解液中的极化电阻(Ω·cm²)。

图2中的数学模型认为电化学交流阻抗测试当中，膜是绝缘的，电解液通过膜孔隙渗入金属表面后，基体金属腐蚀的面积与膜表面孔隙的面积不相等，腐蚀的面积大于膜表面孔隙的面积，孔隙率的计算公式可以用下列方程表示：

其中，A_d-孔隙率，-基体金属在电解液中的微分电容(μF)，C_dl-膜在电解液中的微分电容(μF)。