CN110846694B - 一种镀锌液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电沉积镀锌液及其配套使用的钝化液。所述镀锌液包括硫酸锌，硼酸和聚丁烯酸甲酯；钝化液包括硫酸、磷酸、硝酸、双氧水、硅酸钠、聚马来酸酐、聚乙烯醇、环己六醇六磷酸脂。本发明在含有聚丁烯酸甲酯的硫酸盐镀锌液中采用双脉冲电沉积制备了平均晶粒尺寸在30‑50nm，具有镜面光亮效果且与基体结合牢固的纳米晶锌镀层，锌镀层的硬度达到2.11GPa，弹性模量达到94.53GPa，其耐蚀性疏水性、致密性、稳定性方面皆有所提高，后续对镀件进行钝化处理，相比电沉积和钝化处理技术单独作用于传统粗晶锌镀层，二者的结合作用进一步提高了镀层的装饰性能、机械性能、抗划伤能力及耐蚀性能。

Description

一种镀锌液
技术领域
本发明属于金属防腐蚀技术领域，具体涉及一种电沉积镀锌液及其配套使用的钝化液。
背景技术
锌的标准电极电势为-0.76V，比铁(-0.44V)负，属于阳极性镀层，锌在空气中比较稳定、成本较低、储量丰富，无毒、可回收，这使得电沉积锌成为防止钢铁腐蚀的重要表面防护手段，在机械、航空、汽车及建筑领域具有广泛应用。
电沉积技术是近年来发展起来的一种提高镀锌钢板性能的重要方法，已有众多研究在不同镀锌液体系中制备出了纳米晶锌镀层，例如碱性镀液体系、硫酸盐镀液体系、醋酸盐镀液体系、柠檬酸盐镀液体系等。考虑锌在钢铁防腐过程中牺牲性镀层的本质及其自身较低的耐蚀性能，工业上普遍采用对其进行钝化后处理的方法延长其寿命。目前已开发的锌镀层钝化液体系按其组成大致可分为三类：无机物钝化液、有机物钝化液、无机/有机物复合钝化液。
目前文献报道的电沉积纳米晶锌镀层的镀液体系均采用多组分添加剂，镀液组成复杂，维护困难，钝化液钝化效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镀锌液及其配套使用的钝化液。
一种镀锌液，所述镀锌液包括硫酸锌，硼酸和聚丁烯酸甲酯。
上述镀锌液的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取90-120份硫酸锌和15-25份硼酸，倒入容器，加入600-800份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至1.2-2.6之间；
(3)加入0.8-1.6g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解，溶液澄清、透明。
与所述镀锌液配套使用的钝化液，包括硫酸、磷酸、硝酸、双氧水、硅酸钠、聚马来酸酐、聚乙烯醇、环己六醇六磷酸脂。
所述钝化液的配置方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数，取15-20份硅酸钠、0.5-1.5份聚马来酸酐、0.5-1.5份聚乙烯醇、0.5-1.2份环己六醇六磷酸脂溶于400-600份的水中，搅拌均匀；
(2)加入1.5-3.5份硫酸、1.5-3.5份磷酸、3-6份硝酸，搅拌均匀，制成基础钝化液；
(3)使用时再加入40-50份双氧水。
一种电沉积镀锌的方法，按照如下步骤进行：
(1)待镀件前处理：将待镀件进行砂纸打磨，然后水洗，再进行酸洗活化，最后水洗；
(2)待镀件电沉积：在持续磁力搅拌下的双电极电解池中完成，沉积完成后水洗，冷风吹干；
(3)镀件钝化：将经过冷风吹干的镀件浸泡入基础钝化液中，加入双氧水，并持续搅拌15-25min，水洗，热风吹干。
所述电沉积参数为：导通时间0.3ms、关断时间0.7ms、阴极正向平均电流密度3A/dm2、反向平均电流密度0.3A/dm2、电镀时间30-60min，温度22-28℃。
所述双电极的阳极为锌板，阴极为低碳钢。
所述酸洗中的酸为盐酸，硫酸或者硝酸。
本发明的有益效果：本发明在含有聚丁烯酸甲酯的硫酸盐镀锌液(ZnSO4·7H2O、H3BO3)中采用双脉冲电沉积制备了平均晶粒尺寸在30-50nm，具有镜面光亮效果且与基体结合牢固的纳米晶锌镀层，锌镀层的硬度达到2.11GPa，弹性模量达到94.53GPa，其耐蚀性疏水性、致密性、稳定性方面皆有所提高，后续对镀件进行钝化处理，相比电沉积和钝化处理技术单独作用于传统粗晶锌镀层，二者的结合作用进一步提高了镀层的装饰性能、机械性能、抗划伤能力及耐蚀性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例1
镀锌液的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取100份硫酸锌和20份硼酸，倒入容器，加入700份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至1.8；
(3)加入1.2g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解，溶液澄清、透明。
钝化液的配置方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数，取18份硅酸钠、1.2份聚马来酸酐、1.2份聚乙烯醇、0.8份环己六醇六磷酸脂溶于500份的水中，搅拌均匀；
(2)加入2份硫酸、2份磷酸、4份硝酸，搅拌均匀，制成基础钝化液；
(3)使用时再加入45份双氧水。
电沉积镀锌的方法，按照如下步骤进行：
(1)待镀件前处理：将待镀件进行砂纸打磨，然后水洗，再进行盐酸洗活化，最后水洗；
(2)待镀件电沉积：在持续磁力搅拌下的双电极(阳极为锌板，阴极为低碳钢)电解池中完成，沉积完成后水洗，冷风吹干；所述电沉积参数为：导通时间0.3ms、关断时间0.7ms、阴极正向平均电流密度3A/dm2、反向平均电流密度0.3A/dm2、电镀时间40min，温度25℃；
(3)镀件钝化：将经过冷风吹干的镀件浸泡入基础钝化液中，加入双氧水，并持续搅拌20min，水洗，热风吹干。
实施例2
镀锌液的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取90份硫酸锌和15份硼酸，倒入容器，加入600份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至1.4；
(3)加入0.8g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解，溶液澄清、透明。
钝化液的配置方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数，取15份硅酸钠、0.5份聚马来酸酐、0.5份聚乙烯醇、0.5份环己六醇六磷酸脂溶于400份的水中，搅拌均匀；
(2)加入1.5份硫酸、1.5份磷酸、3份硝酸，搅拌均匀，制成基础钝化液；
(3)使用时再加入40份双氧水。
电沉积镀锌的方法，按照如下步骤进行：
(1)待镀件前处理：将待镀件进行砂纸打磨，然后水洗，再进行硫酸洗活化，最后水洗；
(2)待镀件电沉积：在持续磁力搅拌下的双电极(阳极为锌板，阴极为低碳钢)电解池中完成，沉积完成后水洗，冷风吹干；所述电沉积参数为：导通时间0.3ms、关断时间0.7ms、阴极正向平均电流密度3A/dm2、反向平均电流密度0.3A/dm2、电镀时间30min，温度22℃；
(3)镀件钝化：将经过冷风吹干的镀件浸泡入基础钝化液中，加入双氧水，并持续搅拌15min，水洗，热风吹干。
实施例3
镀锌液的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取120份硫酸锌和25份硼酸，倒入容器，加入800份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至2.6；
(3)加入1.2g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解，溶液澄清、透明。
钝化液的配置方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数，取20份硅酸钠、1.5份聚马来酸酐、1.5份聚乙烯醇、1.2份环己六醇六磷酸脂溶于600份的水中，搅拌均匀；
(2)加入3.5份硫酸、3.5份磷酸、6份硝酸，搅拌均匀，制成基础钝化液；
(3)使用时再加入50份双氧水。
电沉积镀锌的方法，按照如下步骤进行：
(1)待镀件前处理：将待镀件进行砂纸打磨，然后水洗，再进行硝酸洗活化，最后水洗；
(2)待镀件电沉积：在持续磁力搅拌下的双电极(阳极为锌板，阴极为低碳钢)电解池中完成，沉积完成后水洗，冷风吹干；所述电沉积参数为：导通时间0.3ms、关断时间0.7ms、阴极正向平均电流密度3A/dm2、反向平均电流密度0.3A/dm2、电镀时间60min，温度28℃；
(3)镀件钝化：将经过冷风吹干的镀件浸泡入基础钝化液中，加入双氧水，并持续搅拌25min，水洗，热风吹干。
实施例4
镀锌液的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取110份硫酸锌和22份硼酸，倒入容器，加入720份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至2.2；
(3)加入1.4g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解，溶液澄清、透明。
钝化液的配置方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数，取18份硅酸钠、0.9份聚马来酸酐、1.5份聚乙烯醇、1.2份环己六醇六磷酸脂溶于550份的水中，搅拌均匀；
(2)加入2.8份硫酸、2.5份磷酸、5份硝酸，搅拌均匀，制成基础钝化液；
(3)使用时再加入44份双氧水。
电沉积镀锌的方法，按照如下步骤进行：
(1)待镀件前处理：将待镀件进行砂纸打磨，然后水洗，再进行盐酸洗活化，最后水洗；
(2)待镀件电沉积：在持续磁力搅拌下的双电极(阳极为锌板，阴极为低碳钢)电解池中完成，沉积完成后水洗，冷风吹干；所述电沉积参数为：导通时间0.3ms、关断时间0.7ms、阴极正向平均电流密度3A/dm2、反向平均电流密度0.3A/dm2、电镀时间45min，温度26℃；
(3)镀件钝化：将经过冷风吹干的镀件浸泡入基础钝化液中，加入双氧水，并持续搅拌18min，水洗，热风吹干。
对比例1
镀锌液的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取100份硫酸锌和20份硼酸，倒入容器，加入700份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至1.8。
钝化液的配置方法，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数，取18份硅酸钠、1.2份聚马来酸酐、1.2份聚乙烯醇、0.8份环己六醇六磷酸脂溶于500份的水中，搅拌均匀；
(2)加入2份硫酸、2份磷酸、4份硝酸，搅拌均匀，制成基础钝化液；
(3)使用时再加入45份双氧水。
电沉积镀锌的方法，按照如下步骤进行：
(1)待镀件前处理：将待镀件进行砂纸打磨，然后水洗，再进行盐酸洗活化，最后水洗；
(2)待镀件电沉积：在持续磁力搅拌下的双电极(阳极为锌板，阴极为低碳钢)电解池中完成，沉积完成后水洗，冷风吹干；所述电沉积参数为：导通时间0.3ms、关断时间0.7ms、阴极正向平均电流密度3A/dm2、反向平均电流密度0.3A/dm2、电镀时间40min，温度25℃；
(3)镀件钝化：将经过冷风吹干的镀件浸泡入基础钝化液中，加入双氧水，并持续搅拌20min，水洗，热风吹干。
实验例1：
采用纳米压痕技术对实施例1-4及对比例1制备的镀件的锌镀层表面硬度进行检测，测其硬度和弹性模量，检测结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002347592290000091
注：*代表与实施例1组比较P<0.05。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种镀锌液，其特征在于，所述镀锌液包括硫酸锌，硼酸和聚丁烯酸甲酯，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取90-120份硫酸锌和15-25份硼酸，倒入容器，加入600-800份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至1.2-2.6之间；
(3)加入0.8-1.6g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解。
2.权利要求1所述镀锌液的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
(1)按照重量份数取90-120份硫酸锌和15-25份硼酸，倒入容器，加入600-800份的去离子水，在磁力搅拌下直至完全溶解，制成基础镀锌液；
(2)将浓硫酸在不断搅拌下缓慢倒入基础镀锌液中，调节镀液pH值至1.2-2.6之间；
(3)加入0.8-1.6g的聚丁烯酸甲酯，持续搅拌至其完全溶解。
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