CN1292093C - 镀锌用三价铬蓝白色钝化剂及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镀锌用三价铬蓝白色钝化剂，含有的组成及其摩尔比如下：三价铬盐∶硝酸盐或硝酸∶氟化物为1∶1∶0.25～1∶10∶1.25，在钝化槽液中三价铬离子浓度为1～10g/L。本发明还公开了该钝化剂的制造方法，即将各组分加入搅拌器中加水搅拌使物料溶解，然后加水加酸调整得到Cr3+离子浓度为25～30g/l、pH值为0.8～1的钝化剂浓缩液。本发明的钝化剂不仅在生产过程中不会产生六价铬污染，产品本身也不含六价铬，而且可以使产品品质获得全面提升，产品外观高雅而美丽、色彩一致性好，具有比Cr6+钝化层更好的耐腐蚀性能。

Description

镀锌用三价铬蓝白色钝化剂及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种镀锌用钝化剂，尤其涉及一种镀锌用三价铬蓝白色钝化剂，本发明还涉及该钝化剂的制造方法。
背景技术
为了提高镀锌表面的美观性和耐蚀性，百年以来一直采用Cr6+对其进行铬酸盐钝化处理，过去为了得到蓝白色的镀锌钝化膜先进行Cr6+彩虹钝化，然后再用碱对其进行漂白。后来发明了低铬一次性蓝白色钝化工艺，钝化液中六价铬的含量降低到2～5g/L，而且在最后的热水烫洗中加入0.2～0.5g/L的铬酐以提高产品的耐盐雾试验时间(参见《电镀锌和锌合金》机械工业出版社，沈品华，屠振密著)。以上的蓝白锌钝化工艺存在二方面不足：其一是仍然要使用Cr6+，且产品的钝化膜中依然存在0.002～0.004mg/dm2的六价铬；其二是用这两种工艺做出的蓝白锌产品在5％中性盐水喷雾试验[(NSS)GB-6458-86]中耐受时间一般只能达到24h，而按GB12335-90《对底材呈阳极性的覆盖层腐蚀试验后的试样评级》，只能达到C7级，耐蚀性不够理想。从外观上看，旧工艺做出的蓝白锌，比较容易出现黄色，特别是一些边角位置和钝化后未能及时接触到空气的地方。
近年来，人们对环境污染的问题日益重视，镀锌工业的Cr6+污染已经提到议事日程上来了，发达国家早些年就已制定了禁止在镀锌产品中使用六价铬的时间表。对于电子、电器及汽车领域，2006年7月1日后将不得使用含Cr6+的镀锌金属零部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于氰化镀锌、锌酸盐镀锌和氯化物镀锌的不含六价铬的镀锌用三价铬离子蓝白色钝化剂，以消除生产过程中产生的六价铬污染，更重要的是使镀锌产品也不含六价铬。为此本发明的目的还在于提供该钝化剂的制造方法，以便在消除生产过程及产品本身的六价铬污染的同时，在较宽的操作范围内得到性能更好的镀锌产品。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种镀锌用三价铬蓝白色钝化剂，含有的组成及其摩尔比如下：三价铬盐∶硝酸盐或硝酸∶氟化物为1∶1∶0.25～1∶10∶1.25，在钝化槽液中三价铬离子浓度为1～10g/L。其优选方案为：按摩尔比三价铬盐∶硝酸盐或硝酸∶氟化物为1∶2∶0.55～1∶5∶1，在钝化槽液中三价铬离子浓度为1.5～2.5g/L。
本发明钝化剂还含有钴盐，三价铬盐与钴盐的摩尔比为1∶0.05～1∶0.55。其优选方案为：按摩尔比三价铬盐∶钴盐为1∶0.2～1∶0.4。如果不含钴盐，可以得到白色的钝化层，但是中性盐雾试验(NSS)的耐受性差，且色泽的蔚蓝程度显逊。
本发明钝化剂中所述的三价铬盐可以为三氯化铬、硝酸铬、硫酸铬或它们的碱式盐，或硫酸铬钾，硫酸铬铵或硫酸铬钠；优选为：三氯化铬、硝酸铬、硫酸铬或硫酸铬钾。所述的硝酸盐可以为硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵或硝酸钙；优选为：为硝酸钠或硝酸钾。所述的氟化物可以为氟化铵、氟氢化铵、氟化钠、氟氢化钠或氢氟酸；优选为：氟化铵或氟化氢铵。所述的钻盐可以为硫酸钴、硝酸钴或氯化钴。
为了方便制造、运输和储存，把上述钝化剂制成浓缩液型，其制备方法包括以下步骤：
a、将三价铬盐、硝酸盐或硝酸、氟化物以及钴盐加入搅拌器内；
b、加入纯水使混合液的Cr3+离子浓度为25～30g/L；
c、搅拌使物料溶解于水；
d、将混合液的pH值调整到0.8～1，即得所述钝化剂的浓缩液型。
上述钝化剂制备方法的步骤c中在温度45～55℃下搅拌使物料溶解于水，以加速物料溶解。
镀锌工件的钝化流程：镀锌后工件→水洗→水洗→出光(稀硝酸水，pH1.5～1.8，出光时间10～20s)→水洗→钝化→水洗→热水洗(或冷水洗)→热风干燥(热风温度50～80℃)冷却→包装。钝化过程中的使用条件如下：钝化槽液的Cr3+离子浓度为1～10g/L，pH为1.8～2.6，钝化温度为20～30℃，钝化时间为5～30s。槽液搅拌：连续无油压缩空气鼓泡搅拌(空气压力：0.03～0.05Mpa)。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的钝化剂不含六价铬，不仅生产过程不会产生六价铬污染，更重要的是产品本身也不含六价铬。
(2)本发明的钝化剂可以使产品品质获得全面提升，产品外观色泽均匀，呈光亮银白带蔚蓝的色调.具有比Cr6+蓝白色钝化层更好的耐腐蚀性能。经5％中性盐水喷雾试验(NSS)(GB6458-86)72h后，试验结果的评级达B8级以上(按GB12335)。产品耐高温烘烤，钝化后经210℃，2h除氢处理，对耐腐蚀性不会产生不良影响。
(3)使用时不会产生含六价铬的“废水”，其“废水”只需进行简单的酸碱处理即可达到二级排放标准，能减少处理“废水”的费用，降低运行风险。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
按行业习惯将钝化剂配制成浓缩型，以便于制造、运输和储存.以下实施例均把浓缩型钝化剂制成三价铬离子浓度为27±1g/L，供使用时“建浴”或补给用。
实施例一
1.本发明实施例一钝化剂的组成
见表1。
表1实施例一钝化剂的组成
  名称  分子式   规格％   重量(g)   摩尔数mol/L
  三氯化铬  CrCL3·6H2O   99   142.4   0.5293
  硫酸钴  CoSO4·7H2O   99   32.3   0.1139
  硝酸钠  NaNO3   98   126   1.453
  氟化氢铵  NH4HF2   99   11.6   0.2
  硝酸  HNO3   48   10～20mL   (调pH用)
2.钝化剂浓缩液的制备方法
a、将表1中的三氯化铬、硝酸钠、氟化氢铵以及硫酸钴加入搅拌器内；
b、混合后加水到总体积接近一升；
c、搅拌使物料溶解于水.为了加速物料溶解边搅拌边加热，温度45～55℃。
d、以表1中的48％硝酸将混合液的pH值调整到0.8～1，再加适量水调整总体积为1L，即得Cr3+离子浓度为27.5g/L的钝化剂浓缩液，装瓶备用。
3.钝化剂的使用方法
a.建浴——钝化槽液的配制
取上述浓缩液(Cr3+＝27.5g/L)160mL兑水到体积为2L，Cr3+含量为：27.5×0.16/2＝2.2g/L，用稀硝酸或碳酸钠溶液(20％)调整钝化槽液pH＝2.2～2.4，即可使用。
b.钝化
钝化槽液的Cr3+离子浓度为2.2g/L，pH为2.2～2.4，钝化温度为20～30℃，钝化时间为5～30s。槽液搅拌：连续无油压缩空气鼓泡搅拌(空气压力：0.03～0.05Mpa)。
c.槽液的维护
随着钝化过程的进行，各有效成份会消耗，需对槽液进行补充。实践证明，每钝化10m2镀锌表面需补给浓缩液125～150mL(工件凹陷多，带出槽液严重者除外)，应维持Cr3+离子浓度为1.5～2.5g/L，pH值以稀硝酸维持在2.2～2.4之间，槽液可长期使用。但钝化过程Zn2+将进入槽液，当槽液Zn2+含量达到8g/L时，将会令产品耐蚀性降低，此时应予更换。
实施例二
1.本发明实施例二钝化剂的组成
见表2。
表2  实施例二钝化剂的组成
  名称   分子式   规格％   重量(g)   摩尔数mol/L
  硝酸铬   Cr(NO3)3·9H2O   99   214   0.53
  硫酸钴   COSO4·7H2O   99   40   0.142
  硝酸钾   KNO3   98   85   0.825
  氟化铵   NH4F   99   15.3   0.405
  硝酸   HNO3   48   10～20ml   (调pH用)
2.钝化剂浓缩液的制备方法
与实施例一相同。
3.钝化剂的使用方法
同实施例一。
实施例三
1.本发明实施例三钝化剂的组成
见表3。
表3 实施例三钝化剂的组成
  名称   分子式   规格％   数量   摩尔数mol/L
液体硫酸铬 Cr(SO4)3 Cr3+67g/l 410.5ml MCr3+＝0.5289
  硝酸钠   NaNO3   98   122.5   1.412
  硝酸钴   Co(NO3)2·6H2O   99   33.5   0.1139
  氟化铵   NH4F   98   15.3   0.405
  硝酸   HNO3   48   10～20ml   (调PH用)
2.钝化剂浓缩液的制备方法
同实施例一。
3.钝化剂的使用方法
同实施例一。
实施例四
1.本发明实施例四钝化剂的组成
见表4。
表4 实施例四钝化剂的组成
  名称   分子式   规格％   重量(g)   摩尔数mol/L
  硫酸铬钾   CrK(SO4)2·12H2O   99   267   0.529
  硫酸钴   CoSO4·7H2O   99   60   0.211
  硝酸钠   NaNO3   98   123   1.418
  氟化铵   NH4F   98   15.3   0.405
  硝酸   HNO3   48   10～20ml   (调PH用)
2.钝化剂浓缩液的制备方法
同实施例一。
3.钝化剂的使用方法
同实施例一。
实施例五
1.本发明实施例五钝化剂的组成
见表5。
表5  实施例五钝化剂的组成
  名称   分子式   规格％   重量(g)   摩尔数mol/L
  三氯化铬   CrCl36H2O   99   142.5   0.53
  氯化钴   CoCl26H2O   99   27.3   0.1134
  硝酸钠   NaNO3   98   123   1.418
  氟化氢铵   NH4HF2   98   12   0.208
  硝酸   HNO3   48   10～20ml   调PH用
2.钝化剂浓缩液的制备方法
同实施例一。
3.钝化剂的使用方法
同实施例一。
本发明钝化剂的使用效果
1、产品色泽一致，光亮性好，蔚蓝的程度比低铬一次蓝白锌钝化好，废品率较低。由于使用本钝化剂工件表面的蓝白色钝化膜是在液相中形成的，也就是只要液体接触到工件，就能形成此膜。而目前普遍使用的低铬一次蓝白锌钝化(六价铬钝化)其钝化膜是在气相中形成的(参见《电镀锌及锌合金》机械工业出版社2002年沈品华屠振密编著P138～P141“低铬蓝白色钝化膜的成膜机理”一节)，如果工件进入钝化液后提出来时未能与空气接触或接触不充分(该地方留存在较多的钝化液)该地方就会发黄，此情况在滚镀作业中更为突出。
2、产品耐腐蚀性能好
  对比项目  5％中性盐水喷雾试验(NSS)GB6458-86   金属覆盖层——对底材呈阳极性的覆盖层腐蚀试验后的试样评级，GB12335-90
  六价铬低铬蓝白色钝化剂  24h   C7
  本发明钝化剂  72h   B8
3、钝化后的产品经210℃烘2小时外观和耐盐雾试验情况不受影响。
4、产品表面无六价铬存在。生产过程所用的物料，水洗产生的“废水”，弃废的钝化液均未检出有六价铬存在。“废水”处理工艺简单只需调整到pH9.5～10，所有有害金属离子(Zn2+、Cr3+、Co2+……)均以氢氧化物形式沉淀，加絮凝剂后，经过滤除去金属氢氧化物，再以稀硫酸调回到pH＝6～9后可排放。

Claims (8)

1、一种镀锌用三价铬蓝白色钝化剂，含有的组成及其摩尔比如下：三价铬盐∶硝酸盐或硝酸∶氟化物∶钴盐为1∶1∶0.25∶0.05～1∶10∶1.25∶0.55，在钝化槽液中三价铬离子浓度为1～10g/L。
2、根据权利要求1所述的钝化剂，所述的三价铬盐、硝酸盐和氟化物的摩尔比为三价铬盐∶硝酸盐或硝酸∶氟化物为1∶2∶0.55∶0.2～1∶5∶1∶0.4，在钝化槽液中三价铬离子浓度为1.5～2.5g/L。
3、根据权利要求1所述的钝化剂，其中所述的三价铬盐为三氯化铬、硝酸铬、硫酸铬、硫酸铬钾、硫酸铬铵或硫酸铬钠。
4、根据权利要求1所述的钝化剂，所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵或硝酸钙。
5、根据权利要求1所述的钝化剂，所述的氟化物为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化氢钠或氢氟酸。
6、根据权利要求1所述的钝化剂，所述的钴盐为硫酸钴、硝酸钴或氯化钴。
7、权利要求1所述钝化剂的制造方法，所述钝化剂其浓缩液型的制备包括以下步骤：
a、将三价铬盐、硝酸盐或硝酸、氟化物以及钴盐加入搅拌器内；
b、加入纯水使混合液的Cr3+离子浓度为25～30g/L；
c、搅拌使物料溶解于水；
d、将混合液的pH值调整到0.8～1，即得所述钝化剂的浓缩液型。
8、根据权利要求7所述钝化剂的制造方法，所述步骤c中在温度45～55℃下搅拌使物料溶解于水。
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