CN101063216B - 一种锌及锌铁合金电镀光亮工艺 - Google Patents

一种锌及锌铁合金电镀光亮工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锌及锌铁合金电镀光亮工艺,可同时用作钢铁零件表面电镀锌及锌铁合金,属金属材料表面处理技术领域。按普通锌或锌铁合金电镀的前处理及后处理工艺,配制锌或锌铁合金电镀液,然后在镀液中加入由苄叉丙酮、表面活性剂、高级脂肪醇与环氧乙烷的缩合物、乙醇与水混合而成的光亮剂,将前处理后的工件放入加有光亮剂的电镀液中进行电镀。本工艺可同时用于锌和锌铁合金电镀工艺、所得镀层性能与镀液性能不低于同类产品,还具有无需硼酸、工艺简单、稳定、易操作、环境友好、安全、综合成本低等优点。

Description

一种锌及锌铁合金电镀光亮工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种锌及锌铁合金电镀光亮工艺,可同时用作钢铁零件表面电镀锌及 锌铁合金,属金属材料表面处理技术领域。 [0002] 技术背景
[0003] 腐蚀与防腐关系到经济发展和人民生命安全,表面工程技术是解决机械零部件及 材料腐蚀与防护最经济有效的手段和方法。
[0004] 镀锌作为钢铁的防护性镀层,得到了广泛应用。为了满足对零部件或材料性能更 高要求,国内外都加大了对 Zn-Fe, Zn-Ni, Sn-Zn, Zn-Co, Zn-Mn, Zn-Cr, Zn-Ti, Zn-Co-Cr, Zn-Co-Fe、Zn-Ni-P、Zn-Fe-P等锌基合金镀的研究与应用,其中锌铁合金因具有最好的性价 比,已在汽车、建筑、电力等众多行业普遍应用。
[0005] 国内外目前只有单一用于锌或锌铁合金电镀的光亮剂及光亮工艺,尚没有能够同 时用于锌和锌铁合金电镀的光亮剂及光亮工艺,使该类光亮剂的应用受到了较大限制,也 给锌或锌铁合金电镀工作带来极大不便。如成都高新电镀环保工程研究所开发的ZF系列 添加剂,对于电镀锌铁合金来说是非常好的光亮剂,但是却不能用于镀锌工艺,因此在推广 及应用方面受到了较大限制。此外,现有锌或锌铁合金电镀光亮工艺还存在使用工艺复杂、 稳定性不好、电镀综合成本偏高等缺点。比如,为了保持镀液PH值的稳定,现有酸性锌或锌 铁合金电镀工艺大都要添加硼酸,而硼酸的使用不仅增加了原料成本,而且硼酸在添加时 需要用热水溶解,给生产带来不便,另外硼酸还容易与镀液中的锌离子形成白色沉淀,给生 产带来不利影响。
发明内容
[0006] 本发明的目的是克服现有锌铁合金电镀光亮工艺的不足,提供一种能够同时用于 锌和锌铁合金电镀、无需使用硼酸、工艺简单稳定、综合成本低的光亮工艺。
[0007] 本发明的技术方案是:按普通锌或锌铁合金电镀的前处理及后处理工艺,配制氯 化物体系锌或锌铁合金电镀液,然后在镀液中加入由苄叉丙酮、表面活性剂、高级脂肪醇与 环氧乙烷的缩合物、乙醇与水混合组成的锌及锌铁合金光亮剂,将工件除锈、除油、活化等 前处理后,放入加有锌及锌铁合金光亮剂的电镀液中,保持镀液PH值为3. 5〜6、电流密度 为1〜2A/dm2、温度为15〜35°C,电镀20〜40分钟,然后将工件取出,进行钝化处理,得 到表面镀有锌或锌铁合金的工件。
[0008] 在镀液中加入锌及锌铁合金光亮剂的加入量为15〜30mL/L。在锌及锌铁合金光 亮剂中,苄叉丙酮的浓度为10〜30g/L,表面活性剂的浓度为70〜130g/L,高级脂肪醇与 环氧乙烷的缩合物的浓度为80〜120g/L,其余为乙醇和水;非离子型表面活性剂可以是壬 基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、OP乳化剂中的任一种,离子型表面活性剂可以是十二烷基苯磺 酸钠、十二烷基硫酸钠中的任一种,高级脂肪醇可以是十八天然脂肪醇、十六天然脂肪醇中 的任一种;苄叉丙酮与乙醇的质量比为1 :10〜1 :20,非离子型表面活性剂与离子型表面 活性剂的质量比为3 :1〜10 :1,高级脂肪醇与环氧乙烷的质量比为1 :10〜1 :25。[0009] 本发明的锌及锌铁合金电镀光亮剂,可以采用以下工艺制备:先按10〜30g/L先 称量苄叉丙酮,倒入10〜20倍质量的分析纯或化学纯无水乙醇中,搅拌至完全溶解后混 合均勻,得到制备苄叉丙酮的无水乙醇溶液;再按80〜120g/L的总量、1 :10〜1 :25的质 量比,称量高级脂肪醇与环氧乙烷并将它们混合,以无水氯化铝、无水氯化锌或硫酸为缩合 齐U,在室温下进行缩合反应,得到高级脂肪醇与环氧乙烷的缩合物;然后按70〜130g/L的 量称量表面活性剂(以3 :1〜10 :1的质量比配比非离子型表面活性剂与离子型表面活性 剂),与制备好的高级脂肪醇与环氧乙烷缩合物一起,倒入2〜4倍质量的蒸馏水或去离子 水中,加热至80〜90°C,搅拌至完全溶解后自然冷却;将该冷却后的溶液与苄叉丙酮的无 水乙醇溶液混合均勻,最后用蒸馏水或去离子水定容至100%体积,得到锌及锌铁合金电镀 光亮剂。
[0010] 本发明镀锌工艺的镀液组成及操作条件可为:ZnCl260〜120g/L、KC1160〜250g/ L、锌及锌铁合金光亮剂15〜30mL/L、pH值4. 5〜6. 0、阴极电流密度1〜2A/dm2、温度15〜 35 0C。此条件下,电镀电流效率可达到97〜100%,沉积速率可达到20〜30 μ m/h。
[0011] 本发明锌铁合金电镀工艺的镀液组成及操作条件可为:ZnCl260〜120g/L、 KCl 160〜250g/L、FeSO4 · 7H204〜12g/L、抗坏血酸0. 5〜1. 5g/L、锌及锌铁合金光亮剂 15〜30mL/L、pH值3. 5〜5. 5、阴极电流密度1〜2A/dm2、温度15〜35°C。此条件下,电 镀电流效率可达到97〜100%,沉积速率可达到20〜30 μ m/h,应用该工艺可得到铁含量 为0. 2〜0. 8% (质量百分比)的锌铁合金镀层。 [0012] 本发明加入镀液中的锌及锌铁合金光亮剂的量,锌及锌铁合金光亮剂中苄叉丙 酮、表面活性剂、高级脂肪醇与环氧乙烷的缩合物的浓度,以及苄叉丙酮与乙醇的质量比、 非离子型表面活性剂与离子型表面活性剂的质量比、高级脂肪醇与环氧乙烷的质量比,都 可根据实际需要,在给定范围内选定。
[0013] 本发明选择可同时改善锌与锌合金镀层光亮与平整性能的物质、进行优化组合作 为光亮剂,并以适当工艺条件加入到锌与锌合金电镀液中,通过苄叉丙酮使镀层快速出光 与整平,通过非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂提高镀液的分散能力与扩大光亮范 围(尤其是在低电流区起光亮作用),通过高级脂肪醇与环氧乙烷缩合物和乙醇对苄叉丙 酮进行乳化和增溶的作用,使得本工艺不仅能够同时用于锌和锌铁合金电镀工艺、所得镀 层性能与镀液性能不低于同类产品,而且无需使用硼酸、工艺简单、稳定、易操作、环境友 好、安全、综合成本低。
具体实施方式
[0014] 下面结合实施例对本发明的实质作进一步说明。
[0015] 实施例1 :该锌及锌铁合金电镀光亮工艺用于对钢板进行局部镀锌光亮。光亮工 艺中电镀前处理及后处理工艺与普通锌及锌铁合金电镀工艺一致。
[0016] 按普通锌电镀的前处理及后处理工艺,配制含ZnCl280g/L、KC1200g/L的水溶液电 镀液,然后按20mL/L的量、在镀液中加入含苄叉丙酮10g/L、乙醇150mL/L、非离子型表面活 性剂聚乙二醇和离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠总量为100g/L(非离子型表面活性 剂聚乙二醇与离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的质量比为3 :1)、载高级脂肪醇十六 天然脂肪醇与环氧乙烷的缩合物100g/L(高级脂肪醇十六天然脂肪醇与环氧乙烷的质量比为1 :20)的水溶液锌及锌铁合金电镀光亮剂,将钢板除锈、除油、活化等前处理后,放入 加有锌及锌铁合金光亮剂的电镀液中,保持镀液PH值为5. 5、电流密度为1. 2A/dm2、室温下 电镀25分钟后取出,得到外观均勻光亮的锌镀层,然后进行常规硅酸盐蓝白钝化处理,经 中性盐雾试验出白锈时间超过100小时。
[0017] 实施例2 :该锌及锌铁合金电镀光亮工艺用于对空压机上某钢管零部件进行整体 电镀Zn-Fe合金,光亮工艺中电镀前处理及后处理工艺与普通锌及锌铁合金电镀工艺一 致。
[0018] 按普通锌铁合金电镀的前处理及后处理工艺,配制含ZnCl2100g/L、KC1230g/L、 FeSO4 WH2OlOg/!^抗坏血酸1. 2g/L的水溶液电镀液,然后按15mL/L的量、在镀液中加入含 苄叉丙酮30g/L、乙醇600mL/L、非离子型表面活性剂聚乙二醇和离子型表面活性剂十二烷 基硫酸钠总量为130g/L(非离子型表面活性剂与离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠的质 量比为10 :1),高级脂肪醇十八天然脂肪醇与环氧乙烷的缩合物总量为120g/L(高级脂肪 醇十八天然脂肪醇与环氧乙烷的质量比为1 :25)的水溶液锌及锌铁合金电镀光亮剂,将钢 管除锈、除油、活化等前处理后,放入加有锌及锌铁合金光亮剂的电镀液中,保持镀液PH值 为4、电流密度为1. 8A/dm2、室温下电镀40分钟后取出,得到外观均勻光亮的Zn-Fe合金镀 层,镀层中铁含量为0.5%,镀层进行常规硅酸盐蓝白钝化处理后,经中性盐雾试验出白锈 时间超过40小时,高于空压机生产企业的质量要求(30小时即可达到国家标准)。
[0019] 实施例3 :该锌及锌铁合金电镀光亮工艺用于对某机器钢机壳进行整体镀锌光亮 处理,光亮工艺中电镀前处理及后处理工艺与普通锌及锌铁合金电镀工艺一致。
[0020] 按普通锌电镀的前处理及后处理工艺,配制含ZnCl290g/L、KC1220g/L的水溶液电 镀液,然后按30mL/L的量、在镀液中加入含苄叉丙酮20g/L、乙醇200mL/L、非离子型表面活 性剂OP乳化剂和离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠总量为70g/L (非离子型表面活性剂 OP乳化剂与离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的质量比为5:1),高级脂肪醇十六天然 脂肪醇与环氧乙烷的缩合物总量为80g/L(高级脂肪醇十六天然脂肪醇与环氧乙烷的质量 比为1 :10)的水溶液锌及锌铁合金电镀光亮剂,将钢板除锈、除油、活化等前处理后,放入 加有锌及锌铁合金光亮剂的电镀液中,保持镀液PH值为5、电流密度为1. 5A/dm2、室温下电 镀30分钟后取出,得到外观均勻光亮的锌镀层,然后进行常规硅酸盐蓝白钝化处理,经中 性盐雾试验出白锈时间超过60小时。

Claims (8)

  1. 一种锌及锌铁合金电镀光亮工艺,将工件除锈、除油、活化前处理后,放入锌或锌铁合金电镀液中进行电镀,然后将工件取出,得到表面镀有锌或锌铁合金的工件,其特征是在镀液中加入由苄叉丙酮、由非离子型表面活性剂与离子型表面活性剂组成的表面活性剂、高级脂肪醇与环氧乙烷的缩合物、乙醇与水混合组成的锌及锌铁合金光亮剂;非离子型表面活性剂是壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、OP乳化剂中的任一种,离子型表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的任一种,高级脂肪醇是十八天然脂肪醇、十六天然脂肪醇中的任一种。
  2. 2.根据权利要求1所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是在镀液中加入锌及锌 铁合金光亮剂的量为15〜30mL/L。
  3. 3.根据权利要求1或2所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是所述的锌及锌铁 合金光亮剂中,苄叉丙酮的浓度为10〜30g/L,表面活性剂的总浓度为70〜130g/L,高级 脂肪醇与环氧乙烷的缩合物的浓度为80〜120g/L,其余为乙醇和水,苄叉丙酮与乙醇的质 量比为1 : 10〜1 : 20。
  4. 4.根据权利要求1或2所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是所述锌及锌铁合 金光亮剂中,高级脂肪醇与环氧乙烷的质量比为1 : 10〜1 : 25,表面活性剂中非离子型 表面活性剂与离子型表面活性剂的质量比为3 : 1〜10 : 1。
  5. 5.根据权利要求1所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是镀锌工艺的镀液组 成及操作条件为:ZnCl260〜120g/L、KCl 160〜250g/L、所述锌及锌铁合金光亮剂15〜 30mL/L、pH值4. 5〜6. 0、阴极电流密度1〜2A/dm2、温度15〜35°C。
  6. 6.根据权利要求3所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是镀锌工艺的镀液组 成及操作条件为:ZnCl260〜120g/L、KCl 160〜250g/L、所述锌及锌铁合金光亮剂15〜 30mL/L、pH值4. 5〜6. 0、阴极电流密度1〜2A/dm2、温度15〜35°C。
  7. 7.根据权利要求1所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是锌铁合金电镀工艺的 镀液组成及操作条件为:ZnCl260 〜120g/L、KCl 160 〜250g/L、FeS04 ·7Η20 4 〜12g/L、抗 坏血酸0. 5〜1. 5g/L、所述锌及锌铁合金光亮剂15〜30mL/L、pH值3. 5〜5. 5、阴极电流 密度1〜2A/dm2、温度15〜35°C。
  8. 8.根据权利要求3所述的锌及锌铁合金电镀光亮工艺,其特征是锌铁合金电镀工艺的 镀液组成及操作条件为:ZnCl260 〜120g/L、KCl 160 〜250g/L、FeS04 ·7Η20 4 〜12g/L、抗 坏血酸0. 5〜1. 5g/L、所述锌及锌铁合金光亮剂15〜30mL/L、pH值3. 5〜5. 5、阴极电流 密度1〜2A/dm2、温度15〜35°C。
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