CN103741084A - 一种热浸镀多用型无铵助镀剂及其使用方法 - Google Patents

一种热浸镀多用型无铵助镀剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热浸镀多用型无铵助镀剂及其使用方法，适用于热浸镀各种铝含量的锌铝合金，并且助镀效果好、浸镀时烟尘量少，可以改善生产环境。本发明的技术方案如下：每升助镀溶液的配比成分为ZnCl2：240～300g，NaCl：10～24g，CaCl2：5～12g，SnCl2：20～60g，K2ZrF6：16～60g，其余为水。使用该助镀水溶液前，将工件在60℃～80℃的10%～25%NaOH溶液中碱洗除油，水洗后，在常温的20~40%HCl溶液酸洗除锈，再水洗后，将工件浸入无铵助镀剂中助镀处理，助镀溶液的温度控制在40℃~80℃范围内，最后将助镀处理后的工件置于90℃～120℃的烘干箱内烘干。该助镀溶液的特点是：助镀剂各成分间不发生相互反应；对基体的腐蚀作用小；可清除熔池表面的氧化物，有效保护基体；分解产物不进入锌浴中；成本低廉。

Description

一种热浸镀多用型无铵助镀剂及其使用方法
技术领域
本发明提供一种热浸镀多用型无铵助镀剂及其使用方法，属于钢铁材料的表面镀覆工艺技术领域。
背景技术
钢铁制件热浸镀锌前除需碱洗除油、酸洗除锈外，还有一道熔剂助镀处理。目前世界各国均采用该方法进行批量热镀锌。助镀作为热浸镀锌前处理中的一道重要工序，不仅直接影响镀层质量，还对镀层的耐腐蚀性能及锌耗成本等有较大影响。通常认为助镀剂的主要作用为：清除酸洗后工件表面残留的铁盐，并将生成的FeO溶解，从而提高表面活性；能够在钢基表面形成均匀连续的盐膜，使基体经脱脂、除锈处理后不被继续氧化；降低熔融合金表面张力，提高合金熔体对钢基的浸润性。
助镀剂自身各成分间不发生相互反应；对基体的腐蚀作用小、与基体不发生反应或反应很弱；清除熔池表面的氧化物，有效保护基体；分解产物不进入锌浴中；助镀剂无毒性，不污染环境。助镀剂的选择主要以氯化物和氟化物为主。氯化物的添加可选择KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、SnCl2与BaCl2等，但不论是氯化物或氟化物的添加量都需考虑其在水中的溶解度。其中氟化物主要为碱金属氟化物（如KF，NaF等）。常用的助镀液为氯化锌与氯化铵的混合溶液，但浸镀时烟尘多，污染环境。当锌浴中铝含量较高（铝含量不低于35%）时，由于熔融铝的表面张力较大，传统的锌铵助镀剂中的氯化铵受热挥发产生的气泡短时间难以脱离工件表面致使镀层表面质量下降，产生气泡、锌瘤、漏镀等缺陷。                                                
除了上述几种较典型的氯化物和氟化物外，还可以向助镀剂中加入一些有机物，如乙醇可以促进助镀剂迅速挥发，改善镀层质量。也有人提出一种植酸盐助镀剂，但由于成本及环保等综合因素，并未得以应用。本工作在前人研究成果的基础上通过一系列正交试验，综合各常用助镀剂成分的作用，优势互补，进行了深入探讨并获得了一种成本低廉、浸镀时烟尘量少的新型无铵助镀工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的助镀工艺的不足，提供一种新型的无铵助镀剂及使用方法。使用该助镀方法在工件表面形成均匀致密的盐膜；增强盐膜的稳定性；防止工件二次氧化；提高镀层的表面质量；减少烟尘量，改善镀锌生产环境。
本发明采用无机助镀剂作为助镀溶液的主要成分，利用各氟化物和氯化物的作用机理，研制出以氯化锌为主的助镀剂配方为：ZnCl2 240～300g/L，NaCl 10～24g/L，CaCl2 5～12g/L，SnCl2 20～60g/L，K2ZrF616～60g/L，其余为水。
该无铵助镀剂中各成分的作用机理如下：
（1）    氯化锌
ZnCl2溶于水生成配合酸-羟基二氯合酸锌而具有显著酸性，能溶解金属氧化物，它还具有熔点低、沸点高、易溶于水等特点，因此可作为助镀剂的主要成分。通过试验验证ZnCl2的浓度在240～300g/L为宜。
（2）    氯化钠
NaCl的加入可以使盐膜容易干透，同时减少烟尘的产生，从而减小对环境的危害。但加入的量过多，会产生点状结瘤、漏镀等缺陷。因此NaCl 的浓度控制在10～24g/L较适宜。
（3）    氯化钙
CaCl2可以降低熔池与基体结合面的张力，增强熔池对钢基的浸润能力，增强基体与熔池反应的活性。CaCl2的加入量为5～12g/L。
（4） 氯化亚锡
加入适当的SnCl2的目的是使其与钢基表面的铁发生置换反应，在钢基表面析出一层连续的Sn膜，避免因Al的加入延迟Fe-Zn反应而造成漏镀问题。但SnCl2在水中的溶解度很低，因此添加量不宜过多。SnCl2 的合适添加量为20～60g/L。
（5）    氟锆酸钾
K2ZrF6可以溶解铝锌熔池表面的Al2O3；它受热分解产生的低熔点分解产物可以剥离工件表面的氧化膜，增强基体与熔池间的浸润性，促进界面反应。经实验确定K2ZrF6的最佳浓度为16～60g/L。
本发明的热浸镀多用型无铵助镀剂的使用方法为：使用前先将工作放于10%～25%的60℃～80℃NaOH溶液中进行碱洗除油，然后水洗后将工件置于常温下20~40%的HCl溶液进行酸洗除锈，再经水洗后将工件浸入无铵助镀剂中助镀处理，助镀溶液温度控制在40℃~80℃范围内，最后将助镀处理后的工件置于90℃～120℃温度环境下干燥或烘干。
附图说明
图1（a）（b）分别为经实施例1无铵助镀工艺后，在610℃浸镀60s获得的Galvalume镀层表面形貌及截面组织；从图中可以看出镀层表面平整，镀层均匀，无漏镀等缺陷。从显微组织中可以看出，基体界面上形成了连续致密的金属间化合物层，在镀层外侧以细小的铝锌共晶组织为主，无组织缺陷。而（c）为锌胺助镀工艺处理后的镀层表面形貌，面积不平滑，有针孔状漏镀；（d）为不在本发明助镀剂浓度范围内的无铵助镀工艺处理后的镀层表面形貌，表面有少量锌瘤及针孔状漏镀。
图2为经实施例2无铵助镀工艺后，在610℃浸镀60s获得的Galvalume镀层表面形貌及截面组织；从图中可以看出镀层表面平整，镀层均匀，无漏镀等缺陷。从显微组织中可以看出，基体界面上形成了连续致密的金属间化合物层，在镀层外侧以细小的铝锌共晶组织为主，无组织缺陷。经过该浓度的助镀溶液处理后的镀层组织与实施例1相比，几乎没有变化。
图3（c）（d）分别为经实施例3中无铵助镀工艺处理后热浸镀获得的纯锌镀层表面形貌及截面组织。对比（a）（b）中锌铵助镀工艺处理后的纯锌镀层表面形貌及截面组织可见，两者组织形貌相似，纯锌镀层主要由三层化合物层组成，由内向外依次为δ相、ζ相、η相，无组织缺陷。从图（c）中可以看出，经无铵助镀剂处理后的镀层表面质量仍较高，表面光亮，镀层均匀，无锌瘤漏镀缺陷。
 
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步详述
     实施例1：取氯化锌300g，氯化钠24g，氯化钙12g，氯化亚锡60g，氟锆酸钾60g，加入1L水配制成助镀溶液，将该溶液加热至70℃，加热过程中充分搅拌均匀。将经过碱洗除油、酸洗除锈并冲洗过的尺寸为50×50×2mm的Q235钢片浸入助镀溶液中保持4min，再将Q235钢片从助镀溶液中提出，在温度为120℃的烘干箱中烘干4min，然后将浸入Galvalume熔池中进行热浸镀，浸入时未发生爆锌，熔池表面有少量烟尘产生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸镀完成后将Q235钢片从熔池中缓慢提出后迅速水冷，发现钢材表面镀层平整且均匀、无起壳、锌瘤和漏镀等缺陷。
实施例2：取氯化锌240g，氯化钠10g，氯化钙5g，氯化亚锡20g，氟锆酸钾16g，加入1L水配制成助镀溶液，将该溶液加热至70℃，加热过程中充分搅拌均匀。将经过碱洗除油、酸洗除锈并冲洗过的尺寸为50×50×2mm的Q235钢片浸入助镀溶液中保持4min，再将Q235钢片从助镀溶液中提出，在温度为120℃的烘干箱中烘干4min，然后浸入Galvalume熔池中进行热浸镀，浸入时未发生爆锌，熔池表面有少量烟尘产生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸镀完成后将Q235钢片从熔池中缓慢提出后迅速水冷，发现钢材表面镀层平整且均匀、无起壳、锌瘤和漏镀等缺陷。
实施例3：取氯化锌300g，氯化钠20g，氯化钙10g，氯化亚锡40g，氟锆酸钾50g，加入1L水配制成助镀溶液，将该溶液加热至70℃，加热过程中充分搅拌均匀。将尺寸为50×50×2mm的Q235钢片经碱洗除油、酸洗除锈并冲洗后浸入助镀溶液中保持4min，再从助镀溶液中提出，在温度为120℃的烘干箱中烘干4min，然后浸入纯锌熔池中进行热浸镀，浸入时未发生爆锌，熔池表面有少量烟尘产生，熔池表面有上浮的黑色氧化物；浸镀完成后将Q235钢片从熔池中缓慢提出后迅速水冷，发现钢材表面镀层平整光亮且均匀、无起壳、锌瘤和漏镀等缺陷。

Claims (6)

1.一种热浸镀多用型无铵助镀剂，助镀溶液各成分配比如下：
ZnCl2 240～300g/L，NaCl 10～24g/L，CaCl2 5～12g/L，SnCl2 20～60g/L，K2ZrF616～60g/L，其余为水。
2.根据权利要求1所述的热浸镀多用型无铵助镀剂，其特征在于：所述助镀剂由较低廉的无机盐组成，并以ZnCl2为主，实现无铵助镀工艺。
3.一种采用权利要求1所述的无铵助镀剂进行助镀处理的方法，其特征如下：
碱洗除油：将10%～25%的NaOH溶液加热至60℃～80℃，清洗工件表面；
水洗：用蒸馏水清洗工件表面，除去残留的碱液；
酸洗除锈：室温下，用20~40%的HCl溶液清洗工件表面；
水洗：用蒸馏水清洗工件表面，除去残留的酸液和铁离子等；
助镀：将工件浸入无铵助镀剂溶液中处理，助镀溶液温度控制在40℃～80℃范围内；
烘干：将助镀处理后的工件置于90℃～120℃的烘干箱中烘干。
4.采用权利要求3所述的无铵助镀剂进行助镀处理的方法，其特征在于助镀液的浓度为300～500g/L。
5.采用权利要求3所述的无铵助镀剂进行助镀处理的方法，其特征在于助镀时助镀液的温度为60℃～70℃，助镀时间为3～5min。
6.采用权利要求3所述的无铵助镀剂进行助镀处理的方法，其特征在于烘干时间为3~5min。
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