CN105839092A - 一种钢铁表面氧化锆转化镀液及其制备方法 - Google Patents

一种钢铁表面氧化锆转化镀液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢铁表面氧化锆转化镀液及其制备方法，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸13～26份、硝酸7～19份、乙醇13～28份、尿素13～32份、硫脲11～24份、柠檬酸7～19份、硅酸钠7～21份、硝酸锌8～17份、纳米氟化硅17～32份、纳米硫酸钠19～31份、去离子水25～48份。(1)本发明所述钢铁表面氧化锆转化镀液使钢铁表面溶解，析出的氢气引起钢铁工件与溶液界面附近pH升高，并且通过促进剂促使氟锆盐溶解形成胶体，当pH升高时，锆离子以胶体的形式沉积在工件表面，形成含锆转化膜；(2)本发明所述镀液的成膜具有很高的不溶解性，并提供良好的耐腐蚀性能，表面膜层也为基材提供优异的后续涂膜附着力。

Description

一种钢铁表面氧化锆转化镀液及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁表面处理领域，尤其涉及一种钢铁表面氧化锆转化镀液及其制备方法。
背景技术
化学转化膜处理是指将合金与某种特定溶液相接触，发生化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶性化合物膜层，从而保护基体金属不受水和其他腐蚀性介质的影响。具有与基材结合好、提高漆膜附着力和耐蚀性的作用。化学转化处理技术由最初的铬酸盐转化发展到现今主流的锌系磷化，新一代氧化锆转化膜技术的发现，给整个汽车涂装前处理行业带来了全新的发展前景。
铬酸盐转化膜可以很好的提高金属工件的耐蚀性，且具有自我修复功能，但因其含有六价铬离子，具有“三致”作用，大多数国家已禁止使用。作为当前汽车涂装行业主流工艺的磷化技术用于工序间短时防锈，在一定程度上防止金属基体被腐蚀；用于涂装底层，可以提高涂层的附着力与耐腐蚀性能。但因其面临环保和使用成本等方面压力，特别是其含锌锰镍等重金属离子和大量的磷、需要辅助除渣和加热保温设施，众多新一代涂装前处理技术应运而生。
常温低渣磷化处理技术以及新型无毒环保锆盐处理和硅烷处理是绿色表面前处理技术发展的方向和趋势。新型无磷无铬转化处理与磷化及铬钝化相比较，在工位数量、处理条件、使用成本以及与漆膜附着力性能方面优势明显，并且在环保方面更符合国家对于各汽车涂装生产企业的要求，可以达到节能减排的目的。作为涂装前处理行业的发展方向之一，氧化锆转化膜技术与磷化技术相比，具有以下优势：(1)工艺简单、流程短、最大程度节约水资源和节省废水处理成本；(2)在满足涂装规范要求的前提下，操作窗口大(3)转化液稳定、控制简便、管理费用低；(4)最大程度减少了重金属的排放，废渣少，降低了工艺对环境的影响。目前，钛锆为主成膜剂的化学转化膜还处于实验室研究阶段，工业应用很少，且研究基体材料仅仅限于镁铝合金。
金属工件表面前处理的研究主要集中在基础成膜液组成和工艺条件的优化以及成膜过程研究、基础成膜液改性研究、后处理研究和改进、不同腐蚀条件下腐蚀失效性研究和转化液重复利用等五大方面。
发明内容
本发明解决的技术问题：为了克服现有技术中的缺陷，获得一种附着力好且具有良好的耐腐蚀性能的钢铁表面转化膜，本发明提供了一种钢铁表面氧化锆转化镀液及其制备方法。
技术方案：一种钢铁表面氧化锆转化镀液，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸13～26份、硝酸7～19份、乙醇13～28份、尿素13～32份、硫脲11～24份、柠檬酸7～19份、硅酸钠7～21份、硝酸锌8～17份、纳米氟化硅17～32份、纳米硫酸钠19～31份、去离子水25～48份。
优选的，所述钢铁表面氧化锆转化镀液由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸22份、硝酸17份、乙醇23份、尿素27份、硫脲19份、柠檬酸13份、硅酸钠16份、硝酸锌13份、纳米氟化硅26份、纳米硫酸钠24份、去离子水42份。
一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，包含以下步骤：
(1)将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为30～45℃，功率为17.3～20.5kHZ，搅拌9～18分钟；
(2)向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至48～56℃，超声功率为19.4～20.5kHZ，搅拌时间为20～35分钟，制得纳米镀液；
(3)将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为3.7～5.6MPa，温度为269～460℃条件下反应25～50分钟，制得基础镀液；
(4)将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为40～48℃，功率为18.3～20.6kHZ条件下反应35～55分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。
优选的，步骤(1)中将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为38℃，功率为19.1kHZ，搅拌14分钟。
优选的，步骤(2)中向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至52℃，超声功率为19.8kHZ，搅拌时间为30分钟，制得纳米镀液。
优选的，步骤(3)中将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为4.9MPa，温度为415℃条件下反应43分钟，制得基础镀液。
优选的，步骤(4)中将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为45℃，功率为20.3kHZ条件下反应48分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。
有益效果：(1)本发明所述钢铁表面氧化锆转化镀液使钢铁表面溶解，析出的氢气引起钢铁工件与溶液界面附近pH升高，并且通过促进剂促使氟锆盐溶解形成胶体，当pH升高时，锆离子以胶体的形式沉积在工件表面，形成含锆转化膜；(2)本发明所述镀液的成膜具有很高的不溶解性，并提供良好的耐腐蚀性能，表面膜层也为基材提供优异的后续涂膜附着力。
具体实施方式
实施例1
一种钢铁表面氧化锆转化镀液，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸13份、硝酸7份、乙醇13份、尿素13份、硫脲11份、柠檬酸7份、硅酸钠7份、硝酸锌8份、纳米氟化硅17份、纳米硫酸钠19份、去离子水25份。
一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，包含以下步骤：
(1)将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为30℃，功率为17.3kHZ，搅拌9分钟；
(2)向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至48℃，超声功率为19.4kHZ，搅拌时间为20分钟，制得纳米镀液；
(3)将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为3.7MPa，温度为269℃条件下反应25分钟，制得基础镀液；
(4)将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为40℃，功率为18.3kHZ条件下反应35分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。
实施例2
一种钢铁表面氧化锆转化镀液，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸22份、硝酸17份、乙醇23份、尿素27份、硫脲19份、柠檬酸13份、硅酸钠16份、硝酸锌13份、纳米氟化硅26份、纳米硫酸钠24份、去离子水42份。
一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，包含以下步骤：
(1)将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为38℃，功率为19.1kHZ，搅拌14分钟；
(2)向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至52℃，超声功率为19.8kHZ，搅拌时间为30分钟，制得纳米镀液；
(3)将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为4.9MPa，温度为415℃条件下反应43分钟，制得基础镀液；
(4)将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为45℃，功率为20.3kHZ条件下反应48分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。实施例3
一种钢铁表面氧化锆转化镀液，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸26份、硝酸19份、乙醇28份、尿素32份、硫脲24份、柠檬酸19份、硅酸钠21份、硝酸锌17份、纳米氟化硅32份、纳米硫酸钠31份、去离子水48份。
一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，包含以下步骤：
(1)将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为45℃，功率为20.5kHZ，搅拌18分钟；
(2)向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至56℃，超声功率为20.5kHZ，搅拌时间为35分钟，制得纳米镀液；
(3)将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为5.6MPa，温度为460℃条件下反应50分钟，制得基础镀液；
(4)将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为48℃，功率为20.6kHZ条件下反应55分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。
对实施例1～3制备获得的钢铁表面氧化锆转化镀液进行性能检测，结果如下表所示：

Claims (7)

1.一种钢铁表面氧化锆转化镀液，其特征在于，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸13～26份、硝酸7～19份、乙醇13～28份、尿素13～32份、硫脲11～24份、柠檬酸7～19份、硅酸钠7～21份、硝酸锌8～17份、纳米氟化硅17～32份、纳米硫酸钠19～31份、去离子水25～48份。
2.根据权利要求1所述的一种钢铁表面氧化锆转化镀液，其特征在于，由以下组分按重量份数配比制成：氟锆酸22份、硝酸17份、乙醇23份、尿素27份、硫脲19份、柠檬酸13份、硅酸钠16份、硝酸锌13份、纳米氟化硅26份、纳米硫酸钠24份、去离子水42份。
3.权利要求1所述的一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为30～45℃，功率为17.3～20.5kHZ，搅拌9～18分钟；
(2)向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至48～56℃，超声功率为19.4～20.5kHZ，搅拌时间为20～35分钟，制得纳米镀液；
(3)将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为3.7～5.6MPa，温度为269～460℃条件下反应25～50分钟，制得基础镀液；
(4)将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为40～48℃，功率为18.3～20.6kHZ条件下反应35～55分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。
4.根据权利要求3所述的一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将纳米氟化硅、纳米硫酸钠和去离子水，置于超声搅拌器中，温度为38℃，功率为19.1kHZ，搅拌14分钟。
5.根据权利要求3所述的一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中向步骤(1)所述的超声搅拌器中加入乙醇、尿素和硫脲，超声搅拌器中温度升至52℃，超声功率为19.8kHZ，搅拌时间为30分钟，制得纳米镀液。
6.根据权利要求3所述的一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将氟锆酸、硝酸柠檬酸、硅酸钠、硝酸锌和去离子水同时加入高压反应釜中，在压力为4.9MPa，温度为415℃条件下反应43分钟，制得基础镀液。
7.根据权利要求3所述的一种钢铁表面氧化锆转化镀液的制备方法，其特征在于，步骤(4)中将步骤(3)制得的基础镀液加入步骤(2)获得的纳米镀液中，置于超声搅拌器中，在温度为45℃，功率为20.3kHZ条件下反应48分钟，即可制得钢铁表面氧化锆转化镀液。
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