CN102011118A - 锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂，由下述步骤制备而得：(1)使铬酸和草酸按摩尔比１：3～5在水中混合，于60-120℃温度下进行化学反应0.5-2小时，铬酸占反应液的用量为1-3mol/L；(2)加入硝酸或硝酸盐使硝酸根离子浓度为0.15～5mol/L，加入二价钴化合物使得二价钴离子浓度为0.03～4mol/L，从而得到三价铬钝化剂。本发明以铬酸还原而得三价铬化合物，从而降低钝化剂原料成本，也避免了因采用三价铬化合物而产生的各类阴离子对钝化液性能造成的负面影响，还可以同时钝化彩色和蓝白色两种锌和锌合金镀层。
Description
技术领域
本发明涉及一种三价铬钝化剂，尤其是一种可控色的锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂。
背景技术
镀锌是世界上使用最为广泛和普遍的镀种之一，电镀锌及锌合金占电镀加工业总量的50%左右，锌及锌合金镀层作为防护装饰性镀层，广泛应用在汽车、摩托车、日用五金制品、仪器仪表、家用电器等的零部件上，可以说在我们的身边锌及锌合金镀层无所不在。锌的化学性质活泼，在大气中易氧化腐蚀，故几乎所有的电镀锌层及锌合金层（也包括热镀锌）均需要钝化后处理工序，才能达到真正的防腐效果。经过钝化处理可使锌及锌合金层的耐蚀性能提高6倍以上，并赋予锌层美丽的装饰性外观和抗污染能力。长期以来，国内外绝大部分锌及锌合金镀层的钝化工艺均采用六价铬化合物为主要原料，而六价铬自身又带有毒性，所以近几年镀锌及锌合金的六价铬钝化剂的替代品--三价铬钝化工艺迅速发展起来，并成为市场上的主导产品。
三价铬钝化剂主要由各种三价铬盐，各类有机、无机络合剂和氧化剂等复配而成。其中的三价铬盐主要有三氯化铬、硝酸铬、硫酸铬等；络合剂主要有丙二酸、草酸、苹果酸、酒石酸、葡萄酸钠、氢氟酸、氟化氢铵等；氧化剂主要为硝酸、双氧水等。选用三价铬盐的目的是为获取所需的三价铬阳离子，而盐中的阴离子多为非必需成分，所以采用三价铬盐复配的钝化剂，在使用过程中，随着生产时间的延续，钝化液中的三价铬对应的阴离子会不断积累增加，导致钝化液的性能减弱直至报废，增加钝化剂的原料成本。另外，目前市场上虽然各类三价铬钝化剂名目繁多，但都有很强的选择性，不可同时应用于彩色和蓝白色两种钝化。
发明内容
为了解决三价铬钝化液在使用过程中性能容易减弱、原料成本高和不能同时进行彩色和蓝白色两种钝化的问题，本发明提供了一种钝化性能好、原料成本低，同时可以进行彩色和蓝白色两种方式钝化的锌及锌合金镀层彩色、蓝白两用三价铬钝化剂。
本发明的技术方案是：
一种锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂，由下述步骤制备而得：
（1）使铬酸和草酸按摩尔比１：3～5在水中混合，于60-120℃温度下进行化学反应0.5-2小时，铬酸占反应液的用量为1-3mol/L；
（2）加入硝酸或硝酸盐使硝酸根离子浓度为0.15～5mol/L，加入二价钴化合物使得二价钴离子浓度为0.03～4mol/L，从而得到三价铬钝化剂。
优选地，所述的硝酸盐为硝酸钠。
优选地，所述的二价钴化合物为硝酸钴。
优选地，所述的锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂（以十升为例）由下述步骤制备而得：采用铬酸25mol加水5L溶解，在60-120℃及搅拌下，缓慢加入草酸100mol，加完后，在80-120℃下继续搅拌反应2小时，使得六价铬离子完全被还原成三价铬离子；反应结束后，加入硝酸钠18mol，硝酸钴3.6 mol，再加水至10升，搅拌均匀即制得三价铬钝化剂。
本发明中，草酸是一种很好的还原剂，而且在三价铬钝化剂中草酸又是一种很好的络合剂。三价铬钝化剂制备的原理是：在一定工艺条件下采用一定摩尔比的草酸和铬酸，使它们发生氧化还原及络合反应，直接生成三价铬钝化剂所需的三价铬草酸络合物。通过添加含硝酸根离子的化合物作氧化剂，添加二价钴离子以提高膜层耐盐雾性能，形成完整的三价铬钝化剂。
用本发明的锌及锌合金镀层彩色、蓝白两用三价铬钝化剂配置钝化工作液，采用低浓度钝化剂配置的溶液为蓝白色钝化液，采用高浓度钝化剂配置的溶液为彩色钝化液。
采用该三价铬钝化剂5-50ml/l配成水溶液，用稀氢氧化钠溶液或稀硝酸溶液调整pH至1.2-2.5。镀锌或锌铁、锌钴合金层在该钝化溶液中钝化10-60秒，表面形成蓝白色的钝化膜。盐雾试验以钝化层出白锈为基准，耐盐雾时间可达48小时以上。
采用该三价铬钝化剂55-250ml/l配成水溶液，用稀氢氧化钠溶液或稀硝酸溶液调整pH至1.2-2.5。镀锌或锌合金层在该钝化溶液中钝化20-60秒，表面形成彩色的钝化膜。盐雾试验以钝化层出白锈为基准，耐盐雾时间可达72小时以上。
本发明以铬酸还原而得三价铬化合物，从而降低钝化剂原料成本，也避免了因采用三价铬化合物而产生的各类阴离子对钝化液性能造成的负面影响，还可以同时钝化彩色和蓝白色两种锌和锌合金镀层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例１
采用铬酸25mol加水5L溶解，在100-120℃及搅拌下，慢慢加入草酸100mol，30分钟加完；加完后，在80-120℃下继续搅拌反应2小时，确保六价铬离子完全被还原成三价铬离子。反应结束后，加入硝酸钠18mol，硝酸钴3.6 mol，再加水至10升，搅拌均匀即制备完成10升量的三价铬钝化剂。
取制备好的三价铬钝化剂20ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌铁、锌钴合金层在该钝化溶液中钝化30秒，表面形成蓝白色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈的时间为 72小时。
取制备好三价铬钝化剂100ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌合金层在该钝化溶液中钝化60秒，表面形成彩色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈时间为 96小时。
实施例２
采用铬酸100mol加水60L溶解，在110-120℃及搅拌下，慢慢加入草酸300mol，30分钟加完；加完后，在80-120℃下继续搅拌反应2小时，确保六价铬离子完全被还原成三价铬离子。反应结束后，加入硝酸钠250mol，硝酸钴130 mol，加水到100升，搅拌均匀即制备完成100升量的三价铬钝化剂。
取制备好的三价铬钝化剂25ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌铁、锌钴合金层在该钝化溶液中钝化30秒，表面形成蓝白色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈的时间为 72小时。
取制备好三价铬钝化剂120ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌合金层在该钝化溶液中钝化60秒，表面形成彩色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈时间为 96小时。
实施例3
采用铬酸60mol加水8L溶解，在60-80℃及搅拌下，慢慢加入草酸300mol，30分钟加完；加完后，在80-120℃下继续搅拌反应2小时，确保六价铬离子完全被还原成三价铬离子。反应结束后，加入硝酸钠10mol，硝酸钴60 mol，加水到20升，搅拌均匀即制备完成20升的三价铬钝化剂。
取制备好的三价铬钝化剂20ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌铁、锌钴合金层在该钝化溶液中钝化30秒，表面形成蓝白色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈的时间为 72小时。
取制备好三价铬钝化剂80ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌合金层在该钝化溶液中钝化60秒，表面形成彩色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈时间为 96小时。
实施例4
采用铬酸30mol加水5L溶解，在100-120℃及搅拌下，慢慢加入草酸120mol，30分钟加完；加完后，在80-120℃下继续搅拌反应2小时，确保六价铬离子完全被还原成三价铬离子。反应结束后，加入硝酸钠40mol，硝酸钴40 mol，再加水至10升，搅拌均匀即制备完成10升量的三价铬钝化剂。
取制备好的三价铬钝化剂40ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌铁、锌钴合金层在该钝化溶液中钝化30秒，表面形成蓝白色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈的时间为 72小时。
取制备好三价铬钝化剂180ml配成1升钝化工作液，用稀氢氧化钠溶液调整pH至2.0。镀锌或锌合金层在该钝化溶液中钝化60秒，表面形成彩色钝化膜。进行盐雾试验，钝化层出白锈时间为 96小时。
Claims (4)
1.一种锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂，其特征在于由下述步骤制备而得：
（1）使铬酸和草酸按摩尔比１：3～5在水中混合，于60-120℃温度下进行化学反应0.5-3小时，铬酸占反应液的用量为1-3mol/L；
（2）加入硝酸或硝酸盐使硝酸根离子浓度为0.15～5mol/L，加入二价钴化合物使得二价钴离子浓度为0.03～4mol/L，从而得到三价铬钝化剂。
2.根据权利要求１所述的锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂，其特征在于：所述的硝酸盐为硝酸钠。
3.根据权利要求１所述的锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂，其特征在于：所述的二价钴化合物为硝酸钴。
4.根据权利要求１所述的锌及锌合金镀层用三价铬钝化剂，其特征在于由下述步骤制备而得：采用铬酸25mol加水5L溶解，在60-120℃及搅拌下，缓慢加入草酸100mol，加完后，在80-120℃下继续搅拌反应2小时，使得六价铬离子完全被还原成三价铬离子；反应结束后，加入硝酸钠18mol，硝酸钴3.6 mol，再加水至10升，搅拌均匀即制得三价铬钝化剂。
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