CN101717931A - 一种用于铜表面钝化的稀土离子复配钝化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于铜表面钝化的稀土离子复配钝化剂，该复配钝化剂是由Nd(NO₃)₃、LaCl₃、La(NO₃)₃、CeCl₃、Ce(NO₃)₃、PrCl₃中的三种或三种以上所组成；其中Nd(NO₃)₃的浓度为：10-20mg/L；LaCl₃的浓度为：1-10mg/L；La(NO₃)₃的浓度为：1-5mg/L；CeCl₃的浓度为：1-10mg/L；Ce(NO₃)₃的浓度为：1-5mg/L，PrCl₃的浓度为：1-5mg/L。该钝化液的制备中以稀土盐溶液作为基础液，加入氧化剂后再加入成膜促进剂；加热温度为40-90℃；搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.3-9.8；静置时间为：2-8小时。本发明的复配钝化剂不含铬酸盐等有毒物质，生成的钝化膜保护效果好，使用方便，成本低，所排废水不会对环境造成的一次污染及循环污染，属于环境友好型产品。

Description

一种用于铜表面钝化的稀土离子复配钝化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种稀土离子复配钝化剂，尤其涉及一种用于铜表面钝化处理的复配钝化剂及其制备方法，属于金属表面处理技术领域。

背景技术

铜是应用广泛的金属，它具有优良的导电和导热性，居所有工程金属材料之冠。它富有弹性，耐摩擦，抗磨损，具有良好的加工、铸造、焊接、易切削等工艺性能，在当前电气化和电子信息社会中有着举足轻重作用。为了改善其性能，提高铜件制品质量和延长使用寿命，金属铜制品一般都要进行适当的表面防蚀处理，其中加入铜缓蚀剂及铜表面钝化处理是表面防蚀处理的主要手段。

铜缓蚀剂是铜制品防蚀保护的重要手段。中国专利CN1273283(公开日：2000.11.15)公开了一种适用于铜设备防腐保护的铜缓蚀剂，介绍以无机氨代替原有机胺作为苯并三氮唑的碱性稳定剂，而且以工业醇为溶剂制备的新型缓蚀剂。中国专利CN1140768(公开日：1997.01.22)介绍了一种适用于纯水体系的铜缓蚀剂，由苯并三氮唑及其衍生物所组成，该缓蚀剂可以应用在纯水及铜并存的各种场合下。然而，无论这些缓蚀剂的效果如何，其制备方法的复杂性及使用的不方便，都影响着缓蚀剂的应用。因此通过对铜表面进行钝化处理成为了人们研究的热点。

传统的钝化处理大多以铬酸和铬酸盐等六价铬化合物为处理剂，称为铬酸盐钝化，经处理后在金属铜表面上形成的铬酸盐转化膜对基体具有良好的防蚀保护作用。然而，铬酸盐属极毒且会致癌的物质，在铬酸盐钝化工艺过程中产生的气雾对工人健康有害，排出的废水严重污染环境。因此在铜表面处理领域中铬酸盐最终将被禁止使用已成为必然趋势。为此，采用新的对环境友好的无铬钝化技术来取代铬酸盐钝化法已迫在眉睫。

目前稀土钝化技术因具有无毒无污染，防蚀效果好的特点而受到广泛关注。采用稀土钝化技术对金属进行表面处理，可在金属上获得具有良好防蚀效果的稀土转化膜，显著提高金属材料的抗腐蚀能力。但是现今常用的单种稀土离子所配制的钝化剂在性能上存在诸多不足，如稀土钝化膜的稀土含量不高，耐蚀性和稳定性尚不够理想等。通过稀土离子复配能克服上述不足。稀土离子复配技术工艺简单，生产操作安全，工艺废液直接排放不会污染环境，是一项对环境友好的新的金属铜表面防蚀处理技术。我国是稀土资源和生产大国，稀土钝化技术所用原料来源丰富，因此有理由相信，这项新的金属铜表面处理新技术能够替代对环境有污染的传统铬酸盐钝化技术及单种稀土离子钝化剂，不久将会在金属铜表面处理工业领域中获得实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于铜表面钝化处理的稀土离子复配钝化剂及其制备方法，以达到钝化铜表面从而保护金属的效果，同时克服仅使用单种稀土离子所配制的钝化剂在性能上的不足，如稀土转化膜的耐蚀性和稳定性尚不够理想等。

为了达到上述目的，本发明采用下述的技术方案。

一种用于铜表面钝化处理的复配钝化剂，它是由镧系轻稀土(La、Ce、Pr、Nd等)的无机盐，即由Nd(NO₃)₃、LaCl₃、La(NO₃)₃、CeCl₃、Ce(NO₃)₃、PrCl₃中的三种或三种以上所组成。其中Nd(NO₃)₃的浓度为：10-20mg/L；LaCl₃的浓度为：1-10mg/L；La(NO₃)₃的浓度为：1-5mg/L；CeCl₃的浓度为：1-10mg/L；Ce(NO₃)₃的浓度为：1-5mg/L；PrCl₃的浓度为：1-5mg/L。在稀土盐溶液中引入强氧化剂和成膜促进剂等物质，可缩短稀土钝化的浸泡处理时间，改善成膜质量。氧化剂采用H₂O₂、KMnO₄，(NH₄)₂S₂O₃中的一种，控制浓度为1-3mg/L，成膜促进剂采用HF、SrCl₂、NH₄VO₃、(NH₄)₂ZrF₆中的一种，控制浓度为0.5-1mg/L。

本发明所用原料均为市售分析纯药品，制备复配钝化剂时需按一定的要求进行。(1)由于原料的加入顺序会影响复配产物的性质，故在制备钝化剂时，一般以稀土无机盐溶液作为基础液，先加入氧化剂，再加入成膜促进剂。(2)进行复配时各组分的加入量会直接影响复配物的内部结构，故各组分的加入量均要严格控制。(3)温度、搅拌速度，PH值、静置时间等因素也是影响处理剂性能的因素，故在制备时必须严格按照下列技术指标来进行：加热温度为40℃-90℃；搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.3-9.8；静置时间为：2-8小时。

使用本发明的复配钝化剂进行钝化处理的方法简单，一般只要将金属铜置于含一定浓度的稀土离子钝化剂中，浸泡5-10小时，便可使金属实现钝化，即在其表面形成稀土钝化膜。在此期间，不同的稀土离子便会发生水解，生成不溶性的氢氧化物或水合氧化物沉积出来，覆于金属铜表面，并随时间延长逐渐增厚，最终可形成厚度为0.3-0.6μm的稀土转化膜。膜层呈均质的组织形态，即在厚度均匀的基膜上分布着许多颗粒，其中的稀土含量高。而单种稀土钝化膜，它的厚度多为0.1-0.3μm。膜层呈非均质的组织形态，稀土含量较低。单种稀土离子钝化膜呈淡黄色，且随着时间会慢慢变成白色，而复配稀土钝化膜呈蓝色或黄色，不会随着时间而改变膜层颜色，膜层厚度也不会随着时间变化而改变，这表明复配后的稀土钝化膜的稳定性比单种的稀土离子钝化膜好。

本发明的复配钝化剂与其他钝化剂相比具有以下优点：(1)本处理剂通过复配，提高了钝化膜的厚度，同时也提高了膜层中稀土离子的含量，生成的钝化膜保护效果好。(2)采用本配方所排废水不会对环境造成的一次污染及循环污染。(3)本配方使用方便，使用量少，有利于降低实际应用的运行成本。(4)本配方中不含铬酸盐等有毒物质，对人体无不良影响。(5)本配方的性能稳定，防蚀效果浮动较小。

具体实例方式

下面结合实例对本发明做进一步说明，通过进行耐腐蚀测试来评价防蚀效果，主要参照《中华人民共和国国家标准GB/T10125-97人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》。

实例一

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至60℃，然后加入10mg Nd(NO₃)₃、5mg LaCl₃与7mg CeCl₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入2mg H₂O₂作为强氧化剂；再加入SrCl₂作为成膜促进剂，控制其加入量为0.6mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置4小时。

处理方法：将金属铜浸置于钝化剂中，浸泡10小时，直至在铜表面形成蓝色或黄色的钝化膜。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

实例二

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至80℃，然后加入10mg CeCl₃、3mg PrCl₃与2mg Ce(NO₃)₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入2mg KMnO₄作为强氧化剂；再加入HF作为成膜促进剂，控制其加入量为0.8mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置6小时。

处理方法同实例1。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

实例三

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至70℃，然后加入15mg Nd(NO₃)₃、4mg Ce(NO₃)₃与8mg CeCl₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入3mg H₂O₂作为强氧化剂；再加入NH₄VO₃作为成膜促进剂，控制其加入量为1mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置6小时。

处理方法同实例1。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

实例四

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至60℃，然后加入2mg La(NO₃)₃、4mg PrCl₃与3mg LaCl₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入3mg KMnO₄作为强氧化剂；再加入SrCl₂作为成膜促进剂，控制其加入量为0.5mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置4小时。

处理方法同实例1。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

实例五

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至90℃，然后加入7mg CeCl₃、6mg LaCl₃与4mg PrCl₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入1mg(NH₄)₂S₂O₃作为强氧化剂；再加入(NH₄)₂ZrF₆作为成膜促进剂，控制其加入量为0.7mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置5小时。

处理方法同实例1。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

实例六

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至90℃，然后加入6mg CeCl₃、4mgLa(NO₃)₃、5mg LaCl₃与4mg PrCl₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入1mg(NH₄)₂S₂O₃作为强氧化剂；再加入(NH₄)₂ZrF₆作为成膜促进剂，控制其加入量为0.7mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置5小时。

处理方法同实例1。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

实例七

复配钝化剂的配置：

首先将1L水加热至70℃，然后加入13mg Nd(NO₃)₃、5mgLa(NO₃)₃、4mg PrCl₃、3mgCe(NO₃)₃与8mg CeCl₃，搅拌溶解后作为基础液；然后缓慢地加入3mg H₂O₂作为强氧化剂；再加入NH₄VO₃作为成膜促进剂，控制其加入量为1mg。其中搅拌速度保持在300转/分；pH值控制在9.5；静置6小时。

处理方法同实例1。

根据GB/T10125-97《人造气氛腐蚀试验一盐雾试验》进行耐腐蚀测试，中性盐雾试验可达72小时。

Claims (2)

1.一种用于铜表面钝化的稀土离子复配钝化剂，其特征在于该复配钝化剂是由稀土盐、氧化剂和成膜促进剂所组成；所述的稀土盐为Nd(NO₃)₃、LaCl₃、La(NO₃)₃、CeCl₃、Ce(NO₃)₃、PrCl₃中的三种或三种以上，各组分的用量如下：Nd(NO₃)₃的浓度为10～20mg/L，LaCl₃的浓度为1～10mg/L，La(NO₃)₃的浓度为1～5mg/L，CeCl₃的浓度为1～10mg/L，Ce(NO₃)₃的浓度为1～5mg/L，PrCl₃的浓度为1～5mg/L；所述的氧化剂为H₂O₂、KMnO₄，(NH₄)₂S₂O₃中的一种，其浓度均为1～3mg/L；所述的成膜促进剂为HF、SrCl₂、NH₄VO₃、(NH₄)₂ZrF₆中的一种，其浓度均为0.5～1mg/L。

2.一种用于权利要求1所述的稀土离子复配钝化剂的制备方法，其特征在于该方法具有以下工艺过程：以权利要求1所述的稀土盐的溶液作为基础液，先加入氧化剂，再加入成膜促进剂；加热温度为40～90℃，搅拌速度保持在300转/分，pH值控制在9.3～9.8，静置时间为2～8小时。