CN101135050B - 一种硅酸盐清洁钝化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅酸盐清洁钝化工艺，用于钢铁零部件电镀锌或锌铁合金的后处理工序，属金属材料表面处理技术领域。配制由HNO3和H2O组成的出光液，以及由硅酸钠或硅酸钾、硼酸、H2O2、HNO3、H2SO4和H2O组成的钝化液并控制其pH值为1.5～3，将电镀锌或锌铁合金后的钢铁零部件取出，经清洗后先放入出光液中进行光亮处理，取出后水冲，再放入钝化液中室温下钝化，取出水洗干净后用吹风机吹干。经本钝化工艺处理，能显著提高电镀锌及锌铁合金钢铁零部件的耐蚀性，且该钝化工艺不含有毒物质，稳定可靠，产品性能优良，生产成本低，属清洁环保、经济实用的无铬钝化技术，具有很重要的社会意义和应用价值。

Description

一种硅酸盐清洁钝化工艺
技术领域
本发明涉及一种硅酸盐清洁钝化工艺，主要用于钢铁零部件电镀锌或锌铁合金的后处理工序，属钢铁材料表面处理技术领域。
技术背景
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。
镀锌及锌铁合金是提高钢铁零件抗腐蚀能力的有效途径，目前广泛地应用于造船工业、机械工业、航空、建筑等许多领域中。但在潮湿的环境中，尤其在湿热环境中，镀锌及锌铁合金层易发生腐蚀，使镀层表面形成暗灰色或白色疏松的腐蚀产物——白锈；时间长了会出现红锈，从而失去防腐效果。为了提高镀层的耐蚀性，须在钢铁零部件电镀锌或锌铁合金后对镀层进行钝化处理，在电镀层的表面形成致密的钝化膜，从而提高零部件的耐蚀性。
目前几乎所有的镀锌钢板后处理工艺都采用了铬酸盐钝化处理，但由于铬酸盐中六价铬毒性高且易致癌，政府已严格限制铬酸盐的使用和排放；并且“十一五”规划中强调把开发环境保护技术放在优先位置。因此铬酸盐钝化技术正面临严峻挑战，而寻求和采用符合环保要求的无铬钝化技术正成为目前发展的必然趋势。目前国内外镀锌及其合金层上的无铬钝化主要有钼酸盐钝化、稀土金属钝化、硅酸盐钝化、植酸钝化和有机物钝化等，但这些无铬钝化技术的钝化效果还达不到铬酸盐钝化所具有的耐蚀性，或者是费用太高，以至于目前还没有一种无铬钝化工艺完全取代铬酸盐钝化工艺。
发明内容
本发明的目的是克服现有钝化技术的不足，提供一种不含有毒物质、所处理产品性能优良、生产成本低的电镀锌及锌铁合金硅酸盐清洁钝化工艺。
本发明硅酸盐清洁钝化工艺的技术方案是：对经过电镀处理的钢铁零部件表面的电镀锌或锌 铁合金镀层水洗后，进行出光处理，然后取出水洗，再放入硅酸盐钝化液中，进行硅酸盐钝化处理，最后将镀层经过钝化的零部件取出，用水洗后吹干。
硅酸盐钝化处理过程的操作为：将出光后的镀有锌或锌铁合金的零部件放入由硅酸盐、硼酸、H2O2、HNO3、H2SO4和H2O组成的硅酸盐钝化液中，控制钝化液的pH为1.5～3(通过普通方法，用稀H2SO4或稀NaOH溶液调整)，室温下停留30～90秒，然后取出，用水洗后吹干。
钝化液中各组成物及其含量为：硅酸盐5～20g/L、硼酸2～6g/L、H2O25～20ml/L、HNO33～15ml/L、H2SO43～15ml/L、其余为H2O，硅酸盐可以是硅酸钠或硅酸钾中的任一种。
本发明对钢铁零部的前期电镀锌或锌铁合金过程采用现有工艺，出光处理也可采用现有工艺过程。出光过程的操作可以是：将镀有锌或锌铁合金的零部件放入由HNO3和H2O组成的出光液中，室温下停留3～10秒后取出；出光液中各组成物及其含量为：HNO32～5ml/L、其余为H2O。
钝化液可采用如下步骤和方法配制：先根据体积总量称取5～20g/L分析纯用硅酸盐，倒入盛有10～30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至硅酸盐完全溶解，得到硅酸盐水溶液；再根据体积总量称取2～6g/L分析纯用硼酸，倒入盛有10～30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液；然后根据体积总量按3～15ml/L用移液管分别量取分析纯用浓HNO3和浓H2SO4，先后慢慢加入溶解完全的硅酸盐溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀，再把已配制好的硼酸水溶液加入到该配制好的硅酸盐与浓HNO3和浓H2SO4的混合溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀；之后，再根据体积总量按5～20ml/L用移液管量取分析纯用H2O2，加入到已配制好的硅酸盐、浓HNO3、浓H2SO4和硼酸的混合溶液中，边加边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀；然后以数字酸度计为工具，用稀H2SO4或稀NaOH把已配制好的由硅酸盐、硼酸、H2O2、HNO3、H2SO4与H2O组成的混合溶液的pH值调至1.5～3，并用自来水定容到所需体积，得到含硅酸盐5～20g/L、硼酸2～6g/L、H2O25～20ml/L、HNO33～15ml/L、H2SO43～15ml/L、其余为H2O的清洁型硅酸盐钝化液。本发明整个工艺过程在室温下进行，出光液和钝化液中各组成物含量以及操作条件可以根据实际需要在给定范围内选择。
水洗时，将刚刚镀好的镀有锌或锌铁合金的零部件、或出光后的镀有锌或锌铁合金的零部件、或钝化后的镀有锌或锌铁合金的零部件用自来水进行反复冲洗，直至镀有锌或锌铁合金的零部件表面清洗干净为止。吹干时，将钝化并水洗后的镀有锌或锌铁合金的零部件用吹水机将零部件表面的水分吹干为止。
本发明由于采用硅酸盐作为钝化液的主要成分，并配以硼酸、H2O2、HNO3、H2SO4，用于电镀锌及锌铁合金工艺的后处理工艺，能够显著提高电镀锌及锌铁合金的耐蚀性，使盐雾试验出白锈时间可达40～100小时以上，达到了铬酸盐钝化的性能水平，而且远高于国家标准(30小时)。由于在钝化液中不含铬，克服了铬酸盐钝化技术毒性大、不环保等缺点，可实现电镀锌及锌铁合金的清洁生产；同时，廉价的硅酸盐又使钝化成本大大降低。该钝化工艺稳定可靠，所生产的产品性能优良、生产成本低，可以取代铬酸盐钝化工艺，具有很重要的社会意义和应用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实质作进一步说明。
实施例1：该钝化工艺用于对局部镀锌的钢板进行后续钝化处理。
该钢板在进行电镀之前进行除锈、除油、活化等前处理后，放入电镀液中进行电镀，镀锌工艺的镀液组成及操作条件为：ZnCl280g/L、KCl200g/L、添加剂适量、镀液的pH值保持在5.5左右，电流密度为1.2A/dm2，温度为室温，电镀时间为25分钟。
配制由HNO32ml/L和H2O组成的出光液，以及由硅酸钠5g/L、硼酸2g/L、H2O25ml/L、HNO33ml/L、H2SO43ml/L和H2O组成的钝化液，用稀H2SO4或稀NaOH溶液将钝化液的pH值调至3，然后将电镀后的钢板取出，经清洗后先放入出光液中，室温下停留10秒，取出后用自来水冲洗，再放入钝化液中，室温下钝化90秒，然后取出该镀锌钢板，经自来水清洗干净后用吹风机吹干。
使用本钝化工艺处理后的钢板外观均匀光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过100小时。
实施例2：该钝化工艺用于对空压机上某钢管整体电镀Zn-Fe合金后的钝化处理。
在进行钝化之前，钢管经前处理(除锈、除油、活化)后实施电镀，锌铁合金电镀工艺的镀液组成及操作条件为：ZnCl2100g/L、KCl230g/L、FeSO4·7H2O10g/L、抗坏血酸1.2g/L、添加剂适量、pH值4.0、阴极电流密度1.8A/dm2、温度为室温，电镀时间为40分钟，所得Zn-Fe合金镀层中铁含量为0.5％。
配制由HNO33ml/L和H2O组成的出光液，以及由硅酸钾10g/L、硼酸4g/L、H2O210ml/L、HNO310ml/L、H2SO410ml/L和H2O组成的钝化液，用稀H2SO4或稀NaOH溶液将钝化液的pH 值调至2.2，然后将电镀后的钢管取出，经清洗后先放入出光液中，室温下停留6秒，取出后用自来水冲洗，再放入钝化液中，室温下钝化60秒，然后取出该钢管，经自来水清洗干净后用吹风机吹干。
使用本钝化工艺处理后的Zn-Fe合金镀层，外观均匀光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过40小时，大大超过了现有铬酸盐钝化工艺的耐蚀性能(25小时)，还超过了国家标准(30小时)。
实施例3：该钝化工艺用于对某机器钢机壳进行整体镀锌后的钝化处理。
在进行钝化之前，某机器钢机壳经前处理(除锈、除油、活化)后实施电镀，镀锌工艺的镀液组成及操作条件为：ZnCl290g/L、KCl220g/L、添加剂适量、pH值5.0、阴极电流密度1.5A/dm2、温度为室温，电镀时间为30分钟。
配制由HNO35ml/L和H2O组成的出光液，以及由硅酸钠20g/L、硼酸6g/L、H2O220ml/L、HNO315ml/L、H2SO415ml/L和H2O组成的钝化液，用稀H2SO4或稀NaOH溶液将钝化液的pH值调至1.5，然后将电镀后的某机器钢机壳取出，经清洗后先放入出光液中，室温下停留3秒，取出后用自来水冲洗，再放入钝化液中，室温下钝化30秒，然后取出该镀锌钢机壳，经自来水清洗干净后用吹风机吹干。
使用本钝化液进行处理后的锌镀钢机壳，外观均匀光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过60小时。

Claims (1)

1.一种硅酸盐清洁钝化工艺，对电镀锌或锌铁合金的钢铁零部件进行后处理，在锌或锌铁合金电镀层表面形成致密的钝化膜，提高镀有锌或锌铁合金镀层的耐蚀性，其特征是该硅酸盐清洁钝化工艺流程为：对经过电镀处理的钢铁零部件表面的电镀锌或锌铁合金镀层水洗后，进行出光处理；然后取出水洗，再放入硅酸盐钝化液中，进行硅酸盐钝化处理；最后将镀层经过钝化的零部件取出，用水洗后吹干；
出光处理的操作过程是：将镀有锌或锌铁合金的零部件放入由HNO3和H2O组成的出光液中，室温下停留10秒，然后取出镀有锌或锌铁合金的零部件；
硅酸盐钝化过程的操作为：配制由硅酸钠5g/L、硼酸2g/L、H2O2 5ml/L、HNO3 3ml/L、H2SO4 3ml/L和H2O组成的钝化液，用稀H2SO4或稀NaOH溶液将钝化液的pH值调至3，取出出光处理零部件后用自来水冲洗，再放入钝化液中，室温下钝化90秒；
所述的出光液由HNO3 2ml/L和H2O组成；
所述的硅酸盐是硅酸钠。
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