CN103014689A

CN103014689A - 一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法

Info

Publication number: CN103014689A
Application number: CN2012105881158A
Authority: CN
Inventors: 姜慧芬; 李居
Original assignee: YUNNAN DIANKE COATING MATERIAL CO Ltd
Current assignee: YUNNAN DIANKE COATING MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法，该钝化液采用硅酸盐为基础溶液，用于提高锌及锌合金的表面的耐蚀性。该钝化液含硅酸盐：2-3g/L 硫酸亚铁：0.5-1g/L 硫酸钠：0.2-0.3g/L 磷酸：16-40ml/L 以及余量的水。配制只需将固体的硅酸盐、硫酸亚铁、硫酸钠溶于1/2体积总量的水中，搅拌均匀；再加入磷酸，补加水并且定容至所需体积，并且搅拌均匀即可；该钝化液的PH为1.5-2.0。该钝化液用无毒的硅酸盐代替铬盐作为钝化液的主要原料，克服了传统工艺毒性大、不环保的缺点，而且钝化液中其他成分均对环境无污染，完全符合我国电镀废水排放标准和欧盟RoHS指令等环保标准。同时，大大提高钝化膜性能，硅酸盐钝化能形成类似铬盐钝化膜，在锌层表面形成网状的黑色钝化膜，提高了耐蚀性，经中性盐雾试验出白锈的时间超过50个小时。

Description

一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面电镀防腐工艺，特别涉及一种能在镀锌及锌合金层表面形成具有高耐蚀的黑色保护膜的钝化液及制备方法，属金属材料表面处理技术领域。

背景技术

电镀锌及锌合金是钢铁防腐的重要手段之一，镀锌钢铁重要用于汽车、电力、交通、建筑等多个行业。然而，镀锌层在潮湿环境下容易发生腐蚀，影响产品的外观及使用寿命。目前使用最广泛的防腐方法是铬钝化，其优点为铬盐钝化膜具有高耐蚀性并且平整致密，与基体金属的结合力牢固，在腐蚀的环境中对基体金属起到保护作用。但六价铬镀锌强，严重危害人体健康及环境而被严格限制使用。目前国内报道的无铬钝化主要有钛盐钝化、钨酸盐钝化、钼酸盐钝化、有机物钝化、植酸钝化、镐化液、磷酸盐假转化型钝化液等，尽管达到了环保的要求，但还是存在不完善之处，如：生产成本提高，使用条件及使用寿命等因素的影响，并且这些无铬钝化膜存在耐蚀性能比较差、使用的范围的局限性、钝化时间较长等缺点。目前国内报道的无铬黑色钝化液仅仅在酸性镀锌或者碱性镀锌上试用，钝化时间都超过了1分钟，经中性盐雾试验出白绣的时间不超过30个小时。

中国专利CN102268664C 镀锌层黑色钝化处理用无铬钝化液及其制备方法公开了使用钼酸盐钝化的方法，尽管此种黑色钝化液工艺易操作，发黑效率高，钝化液成分简单；但是钝化液中还有氨水，且氨水挥发性大，成本高，对操作人员身体有危害。

目前国内已有文献报道，硅酸盐与酸反应，在钝化液中能形成纳米级别二氧化硅，在形成的交织网状膜层中起封闭孔隙的作用，有效提高耐腐蚀性能。

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。

本发明的技术方案是：对经过电镀处理的钢铁零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件取出，采用专用封闭剂进行封闭，然后用干燥箱进行烘干或自然干燥。

硅酸盐钝化处理过程中的操作为：将出光后的镀有锌或锌铁合金的零件放入由硅酸盐、硫酸亚铁、硫酸钠、磷酸组成的钝化液中，控制钝化液的PH值为1.5-2.0，室温下停留15-20秒，然后取出，用水洗后采用专用封闭剂进行封闭，然后采用烘干或自然干燥。

钝化液中各组分的含量为硅酸钠：硅酸盐：2-3g/L，其主要作用是作为主要成膜剂，硫酸亚铁：0.5-1g/L，其主要作用是作为发黑剂，硫酸钠：0.2-0.3 g/L，其主要作用是辅助硫酸亚铁发黑，磷酸：16-40 ml/L，其主要作用起到磷化、提高耐蚀性以及提供酸性环境的作用，余量为水。硅酸盐可以是硅酸钠或硅酸钾中的一种或者两种。

本发明对钢铁零部件的前期电镀锌或锌铁合金过程采用现有的工艺，出光处理也可采用现有的工艺过程。出光过程的操作可以是：将镀有锌或锌铁合金的零部件加入由硝酸和水组成的出光液中，室温下停留3-5秒后取出；出光液中各组成物及其含量为硝酸2-5ml/L，其余为水。

钝化液可采用如下步骤和方法配制：先根据体积总量称取2-3g/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0.5-1g/L的硫酸亚铁、0.2-0.3 g/L硫酸钠，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完全溶解，得到硫酸盐混合水溶液；然后根据体积总量按16-40ml/L用移液管分别量取分析纯用磷酸，慢慢加入溶解完全的硅酸钠溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀，再把已配好的硫酸盐混合水溶液加入到该配制好的硅酸钠与磷酸的溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀，并用自来水定容到所需的体积，得到硅酸盐：2-3g/L 硫酸亚铁：0.5-1g/L 硫酸钠：0.2-0.3 g/L 磷酸：16-40 ml/L 其余为水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分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。干燥时，将钝化并水洗后的镀有锌或锌铁合金的零部件用干燥箱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，并配以硫酸亚铁、硫酸钠、磷酸，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，使盐雾试验出白绣时间可达30-100小时以上，达到铬酸盐钝化的性能水平。由于钝化液中不含铬，克服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，廉价的硅酸盐有使钝化成本大大的降低。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。

本发明与现有技术相比优点为（1）耐蚀性能优良，经中性盐雾腐蚀试验白锈时间达50小时以上，耐红锈时间达100小时；（2）环保无污染，钝化液中不含任何价态铬及有毒物质，且没有易挥发物质；（3）该钝化液适用性强，可用于酸性镀锌、碱性镀锌的钝化处理；（4）钝化效率高，钝化时间仅为15-20秒。

附图说明

附图为本发明所述的一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法

及制备工艺流程图。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明的实质性作进一步说明。

实施例1：制备1L环保型镀锌黑色钝化液，并用于酸性镀锌钝化处理；该钝化工艺用于对局部镀锌的钢板进行后续钝化处理。

（1）按照下列配方配料：硅酸钠2g, 硫酸亚铁0.5g,硫酸钠0.2g,磷酸16ml,其余为水。

（2）经下列方法制备环保型镀锌黑色钝化液，备用：

a) 用天平称取2.0g硅酸钠，倒入装有500ml水，总体积超过1.0L的玻璃烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至硅酸钠完全溶解；

b) 再称取0.5g硫酸亚铁、0.2g硫酸钠于100ml水中，用玻璃棒充分搅拌至硫酸亚铁和硫酸钠完全溶解；用玻璃棒边搅拌边加入a步骤配制的硅酸钠水溶液中，直至混合均匀；

c) 用移液管量取16ml的磷酸，用玻璃棒边搅拌边加入b步骤配制的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中，直至混合均匀

d) 向c步骤得到的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中补加水并且定容至1.0L，以pH计或者pH试纸为工具，用1:10硝酸或者1:10氢氧化钠调节pH值至1.5-2.0，并且搅拌均匀即可。

（3）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：氯化锌60g/L、氯化钾200g/L、硼酸30g/L、适量添加剂、镀液的PH值保持在5.8左右，电流密度为1.2A/dm²,温度为室温，电镀时间为25分钟，得到电镀锌钢板，备用。

（4）配制出光液：将分析纯的浓硝酸按照1%的浓度与自来水混合，备用

（5）将经过步骤3得到的电镀锌钢板用自来水清洁干净后浸入步骤4配制好的出光液中，室温下停留5秒，取出后用自来水清洗干净，再浸入步骤2配制好的钝化液中，浸泡15秒后，取出，经过自来水洗后用专用的封闭剂进行封闭，然后烘干或者自然干燥。

使用本钝化工艺处理后的钢板外观表现为黑色、均匀、光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过30小时。

实施例2：制备10L环保型镀锌黑色钝化液，并用于碱性镀锌钝化处理；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。

（1）按照下列配方配料：硅酸钠25g, 硫酸亚铁7g,硫酸钠2.5g,磷酸300ml,其余为水。

（2）经下列方法制备环保型镀锌黑色钝化液，备用：

a) 用天平称取25g硅酸钠，倒入装有5000ml水，总体积超过10L的塑料桶中，用木棍充分搅拌至硅酸钠完全溶解；

b) 再称取7g硫酸亚铁、2.5g硫酸钠于1000ml水中，用玻璃棒充分搅拌至硫酸亚铁和硫酸钠完全溶解；用玻璃棒边搅拌边加入a步骤配制的硅酸钠水溶液中，直至混合均匀；

c) 用移液管量取300ml的磷酸，用玻璃棒边搅拌边加入b步骤配制的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中，直至混合均匀

d) 向c步骤得到的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中补加水并且定容至10L，以pH计或者pH试纸为工具，用1:10硝酸或者1:10氢氧化钠调节pH值至1.5-2.0，并且搅拌均匀即可。

（3）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：氢氧化钠120g/L、氧化锌12g/L、光亮剂适量、电流密度2A/dm²、温度为室温，电镀时间35分钟。

使用本钝化工艺处理后的钢板外观表现为黑色、均匀、光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过40小时。

实施例3：制备100L环保型镀Zn-Fe合金黑色钝化液，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。

（1）按照下列配方配料：硅酸钠300g, 硫酸亚铁100g,硫酸钠30g,磷酸4000ml,其余为水。

（2）经下列方法制备环保型Zn-Fe合金黑色钝化液，备用：

a）用天平称取300g硅酸钠，倒入装有50000ml水，总体积超过100L的塑料桶中，用木棍充分搅拌至硅酸钠完全溶解；

b）再称取100g硫酸亚铁、30g硫酸钠于10000ml水中，用木棒充分搅拌至硫酸亚铁和硫酸钠完全溶解；用玻璃棒边搅拌边加入a步骤配制的硅酸钠水溶液中，直至混合均匀；

c）用移液管量取4000ml的磷酸，用玻璃棒边搅拌边加入b步骤配制的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中，直至混合均匀;

d）向c步骤得到的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中补加水并且定容至100L，以pH计或者pH试纸为工具，用1:10硝酸或者1:10氢氧化钠调节pH值至1.5-2.0，并且搅拌均匀即可。

（3）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：氯化锌70g/L、氯化钾230g/L、硼酸35g/L、氯化亚铁10g、适量添加剂、镀液的PH值保持在6.2左右，电流密度为1.8A/dm²,温度为室温，电镀时间为40分钟。

使用本钝化工艺处理后的钢板外观表现为黑色、均匀、光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过50小时。

Claims

1.一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法，其特征在于该钝化液由下列组分组成：

硅酸盐：2-3g/L 硫酸亚铁：0.5-1g/L 硫酸钠：0.2-0.3 g/L 磷酸：16-40 ml/L

其余为水。

2.如权利要求1所述的一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法，其特征在于该钝化液通过下列方法配制：

根据体积总量称取2-3g/L的硅酸盐，倒入1/2体积总量的水中，充分搅拌至溶解，得到硅酸钠水溶液；

根据体积总量称取0.5-1g/L的硫酸亚铁，边搅拌边加入A步骤配制的硅酸钠水溶液中，得到硅酸盐、硫酸亚铁的混合溶液；

据体积总量称取0.2-0.3 g/L硫酸钠，边搅拌边加入B步骤配制的硅酸钠、硫酸亚铁的混合溶液中，得到硅酸盐、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液；

据体积总量量取16-40ml/L的磷酸，边搅拌边加入C步骤配制的硅酸钠、硫酸亚铁、硫酸钠的混合溶液中，得到硅酸盐、硫酸亚铁、硫酸钠、磷酸的混合溶液；

向D步骤所得硅酸盐、硫酸亚铁、硫酸钠、磷酸的混合溶液中补加水并且定容至所需体积，并且搅拌均匀即可。

3.如权利要求1和2所述的一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法，其特征在于所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾中的一种或者两种。

4.如权利要求1、2和3所述的一种环保型镀锌及Zn-Fe合金黑色钝化液及制备方法，其特征在于所述硅酸盐、硫酸亚铁、硫酸钠、磷酸均为市售化学纯产品，水为纯化水或者自来水。