一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法
2023-06-08 21:59:26
專利名稱：一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面電鍍防腐工藝，特別涉及一種能在鍍鋅及鋅合金層表面形成具有高耐蝕的黑色保護膜的鈍化液及製備方法，屬金屬材料表面處理技術領域。
背景技術：
電鍍鋅及鋅合金是鋼鐵防腐的重要手段之一，鍍鋅鋼鐵重要用於汽車、電力、交通、建築等多個行業。然而，鍍鋅層在潮溼環境下容易發生腐蝕，影響產品的外觀及使用壽命。目前使用最廣泛的防腐方法是鉻鈍化，其優點為鉻鹽鈍化膜具有高耐蝕性並且平整緻密，與基體金屬的結合力牢固，在腐蝕的環境中對基體金屬起到保護作用。但六價鉻鍍鋅強，嚴重危害人體健康及環境而被嚴格限制使用。目前國內報導的無鉻鈍化主要有鈦鹽鈍 化、鎢酸鹽鈍化、鑰酸鹽鈍化、有機物鈍化、植酸鈍化、鎬化液、磷酸鹽假轉化型鈍化液等，儘管達到了環保的要求，但還是存在不完善之處，如生產成本提高，使用條件及使用壽命等因素的影響，並且這些無鉻鈍化膜存在耐蝕性能比較差、使用的範圍的局限性、鈍化時間較長等缺點。目前國內報導的無鉻黑色鈍化液僅僅在酸性鍍鋅或者鹼性鍍鋅上試用，鈍化時間都超過了 I分鐘，經中性鹽霧試驗出白繡的時間不超過30個小時。中國專利CN102268664C鍍鋅層黑色鈍化處理用無鉻鈍化液及其製備方法公開了使用鑰酸鹽鈍化的方法，儘管此種黑色鈍化液工藝易操作，發黑效率高，鈍化液成分簡單；但是鈍化液中還有氨水，且氨水揮發性大，成本高，對操作人員身體有危害。目前國內已有文獻報導，矽酸鹽與酸反應，在鈍化液中能形成納米級別二氧化矽，在形成的交織網狀膜層中起封閉孔隙的作用，有效提高耐腐蝕性能。
發明內容
本發明的目的是克服現有鈍化技術的不足，提供一種不含有毒物質、所處理產品性能優良、生產成本低的電鍍鋅及鋅鐵合金矽酸鹽清潔鈍化工藝。本發明的技術方案是對經過電鍍處理的鋼鐵零件表面的電鍍鋅或鋅鐵合金鍍層水洗後，進行出光處理，然後取出水洗，再放入娃酸鹽鈍化液中，進行娃酸鹽鈍化處理，最後將鍍層經過鈍化的零件取出，採用專用封閉劑進行封閉，然後用乾燥箱進行烘乾或自然乾燥。娃酸鹽鈍化處理過程中的操作為將出光後的鍍有鋅或鋅鐵合金的零件放入由娃酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸組成的鈍化液中，控制鈍化液的PH值為1. 5-2. O，室溫下停留15-20秒，然後取出，用水洗後採用專用封閉劑進行封閉，然後採用烘乾或自然乾燥。鈍化液中各組分的含量為矽酸鈉矽酸鹽2_3g/L，其主要作用是作為主要成膜齊U，硫酸亞鐵0. 5-lg/L，其主要作用是作為發黑劑，硫酸鈉0. 2-0. 3 g/L，其主要作用是輔助硫酸亞鐵發黑，磷酸16-40 ml/L，其主要作用起到磷化、提高耐蝕性以及提供酸性環境的作用，餘量為水。矽酸鹽可以是矽酸鈉或矽酸鉀中的一種或者兩種。本發明對鋼鐵零部件的前期電鍍鋅或鋅鐵合金過程採用現有的工藝，出光處理也可採用現有的工藝過程。出光過程的操作可以是將鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件加入由硝酸和水組成的出光液中，室溫下停留3-5秒後取出；出光液中各組成物及其含量為硝酸2_5ml/L，其餘為水。鈍化液可採用如下步驟和方法配製先根據體積總量稱取2-3g/L分析純用矽酸鹽，倒入盛有10-30倍質量自來水的燒杯中，用玻璃棒充分攪拌至矽酸鹽完全溶解，得到矽酸鹽水溶液；再根據體積總量稱取O. 5-lg/L的硫酸亞鐵、O. 2-0. 3 g/L硫酸鈉，倒入盛有10-30倍質量自來水的燒杯中，用玻璃棒充分攪拌至完全溶解，得到硫酸鹽混合水溶液；然後根據體積總量按16_40ml/L用移液管分別量取分析純用磷酸，慢慢加入溶解完全的矽酸鈉溶液中，邊加入邊用玻璃棒攪拌，直至混合均勻，再把已配好的硫酸鹽混合水溶液加入到該配製好的矽酸鈉與磷酸的溶液中，邊加入邊用玻璃棒攪拌，直至混合均勻，並用自來水定 容到所需的體積，得到矽酸鹽2-3g/L 硫酸亞鐵0. 5-lg/L硫酸鈉0. 2-0. 3 g/L 磷酸16-40 ml/L 其餘為水的清潔型矽酸鹽鈍化液。本發明整個工藝過程在室溫下進行，出光液和鈍化液中各組分物含量以及操作條件可以根據實際需要在給定範圍內選擇。水洗時，將剛剛鍍好的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件、或出光後的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件、或鈍化後的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件用自來水進行反覆衝洗，直至鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件表面清洗乾淨為止。乾燥時，將鈍化並水洗後的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件用乾燥箱將零部件表面的水分吹乾為止。本發明由於採用矽酸鹽作為鈍化液的主要成分，並配以硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸，用於電鍍鋅及鋅鐵合金工藝的後處理工藝，能夠顯著提高電鍍鋅及鋅鐵合金的耐蝕性，使鹽霧試驗出白繡時間可達30-100小時以上，達到鉻酸鹽鈍化的性能水平。由於鈍化液中不含鉻，克服鉻酸鹽鈍化技術毒性大、不環保等缺點，可實現電鍍鋅及鋅鐵合金的清潔生產；同時，廉價的矽酸鹽有使鈍化成本大大的降低。該鈍化工藝穩定可靠，所生產的產品性能優良、生產成本低，可以取代鉻酸鹽鈍化工藝，具有很重要的社會意義和應用價值。本發明與現有技術相比優點為(I)耐蝕性能優良，經中性鹽霧腐蝕試驗白鏽時間達50小時以上，耐紅鏽時間達100小時；(2)環保無汙染，鈍化液中不含任何價態鉻及有毒物質，且沒有易揮發物質；(3)該鈍化液適用性強，可用於酸性鍍鋅、鹼性鍍鋅的鈍化處理；
(4)鈍化效率高，鈍化時間僅為15-20秒。
附圖為本發明所述的一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法 及製備工藝流程圖。
具體實施方案下面結合實施例對本發明的實質性作進一步說明。實施例1 :製備IL環保型鍍鋅黑色鈍化液，並用於酸性鍍鋅鈍化處理；該鈍化工藝用於對局部鍍鋅的鋼板進行後續鈍化處理。(I)按照下列配方配料矽酸鈉2g，硫酸亞鐵O. 5g,硫酸鈉O. 2g,磷酸16ml，其餘為水。(2)經下列方法製備環保型鍍鋅黑色鈍化液，備用
a)用天平稱取2.Og矽酸鈉，倒入裝有500ml水，總體積超過1. OL的玻璃燒杯中，用玻璃棒充分攪拌至娃酸鈉完全溶解；
b)再稱取O.5g硫酸亞鐵、O. 2g硫酸鈉於IOOml水中，用玻璃棒充分攪拌至硫酸亞鐵和硫酸鈉完全溶解；用玻璃棒邊攪拌邊加入a步驟配製的矽酸鈉水溶液中，直至混合均勻；
c)用移液管量取16ml的磷酸，用玻璃棒邊攪拌邊加入b步驟配製的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，直至混合均勻
d)向c步驟得到的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中補加水並且定容至1.0L,以pH計或者pH試紙為工具，用1:10硝酸或者1:10氫氧化鈉調節pH值至1. 5-2. O,並且攪拌 均勻即可。(3)該鋼板在進行電鍍之前進行除鏽、除油、活化等前處理後，放入電鍍液中進行電鍍，鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件為氯化鋅60g/L、氯化鉀200g/L、硼酸30g/L、適量添加劑、鍍液的PH值保持在5. 8左右，電流密度為1. 2A/dm2,溫度為室溫，電鍍時間為25分鐘，得到電鍍鋅鋼板，備用。(4)配製出光液將分析純的濃硝酸按照1%的濃度與自來水混合，備用
(5)將經過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清潔乾淨後浸入步驟4配製好的出光液中，室溫下停留5秒，取出後用自來水清洗乾淨，再浸入步驟2配製好的鈍化液中，浸泡15秒後，取出，經過自來水洗後用專用的封閉劑進行封閉，然後烘乾或者自然乾燥。使用本鈍化工藝處理後的鋼板外觀表現為黑色、均勻、光亮，經中性鹽霧試驗出白鏽時間超過30小時。實施例2 :製備IOL環保型鍍鋅黑色鈍化液，並用於鹼性鍍鋅鈍化處理；該鈍化工藝用於對某機器鋼機殼進行整體鍍鋅後的鈍化處理。(I)按照下列配方配料娃酸鈉25g,硫酸亞鐵7g,硫酸鈉2. 5g,磷酸300ml,其餘為水。(2)經下列方法製備環保型鍍鋅黑色鈍化液，備用
a)用天平稱取25g矽酸鈉，倒入裝有5000ml水，總體積超過IOL的塑料桶中，用木棍充分攪拌至娃酸鈉完全溶解；
b)再稱取7g硫酸亞鐵、2.5g硫酸鈉於IOOOml水中，用玻璃棒充分攪拌至硫酸亞鐵和硫酸鈉完全溶解；用玻璃棒邊攪拌邊加入a步驟配製的矽酸鈉水溶液中，直至混合均勻；
c)用移液管量取300ml的磷酸，用玻璃棒邊攪拌邊加入b步驟配製的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，直至混合均勻
d)向c步驟得到的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中補加水並且定容至10L，以pH計或者pH試紙為工具，用1:10硝酸或者1:10氫氧化鈉調節pH值至1. 5-2. O,並且攪拌均勻即可。(3)該鋼板在進行電鍍之前進行除鏽、除油、活化等前處理後，放入電鍍液中進行電鍍，鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件為氫氧化鈉120g/L、氧化鋅12g/L、光亮劑適量、電流密度2A/dm2、溫度為室溫，電鍍時間35分鐘。(4)配製出光液將分析純的濃硝酸按照1%的濃度與自來水混合，備用(5)將經過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清潔乾淨後浸入步驟4配製好的出光液中，室溫下停留5秒，取出後用自來水清洗乾淨，再浸入步驟2配製好的鈍化液中，浸泡15秒後，取出，經過自來水洗後用專用的封閉劑進行封閉，然後烘乾或者自然乾燥。使用本鈍化工藝處理後的鋼板外觀表現為黑色、均勻、光亮，經中性鹽霧試驗出白鏽時間超過40小時。實施例3 :製備100L環保型鍍Zn-Fe合金黑色鈍化液，該鈍化工藝用於對空壓機上某鋼管整體電鍍Zn-Fe合金後的鈍化處理。(I)按照下列配方配料娃酸鈉300g,硫酸亞鐵IOOg,硫酸鈉30g,磷酸4000ml,其餘為水。(2)經下列方法製備環保型Zn-Fe合金黑色鈍化液，備用
a)用天平稱取300g矽酸鈉，倒入裝有50000ml水，總體積超過100L的塑料桶中，用木棍充分攪拌至矽酸鈉完全溶解；
b)再稱取IOOg硫酸亞鐵、30g硫酸鈉於10000ml水中，用木棒充分攪拌至硫酸亞鐵和硫酸鈉完全溶解；用玻璃棒邊攪拌邊加入a步驟配製的矽酸鈉水溶液中，直至混合均勻；
c)用移液管量取4000ml的磷酸，用玻璃棒邊攪拌邊加入b步驟配製的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，直至混合均勻；
d)向c步驟得到的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中補加水並且定容至100L，以pH計或者pH試紙為工具，用1:10硝酸或者1:10氫氧化鈉調節pH值至1. 5-2. O,並且攪拌均勻即可。(3)該鋼板在進行電鍍之前進行除鏽、除油、活化等前處理後，放入電鍍液中進行電鍍，鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件為氯化鋅70g/L、氯化鉀230g/L、硼酸35g/L、氯化亞鐵10g、適量添加劑、鍍液的PH值保持在6. 2左右，電流密度為1. 8A/dm2,溫度為室溫，電鍍時間為40分鐘。
(4)配製出光液將分析純的濃硝酸按照1%的濃度與自來水混合，備用
(5)將經過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清潔乾淨後浸入步驟4配製好的出光液中，室溫下停留5秒，取出後用自來水清洗乾淨，再浸入步驟2配製好的鈍化液中，浸泡15秒後，取出，經過自來水洗後用專用的封閉劑進行封閉，然後烘乾或者自然乾燥。使用本鈍化工藝處理後的鋼板外觀表現為黑色、均勻、光亮，經中性鹽霧試驗出白鏽時間超過50小時。
權利要求
1.一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法，其特徵在於該鈍化液由下列組分組成矽酸鹽2-3g/L 硫酸亞鐵0. 5-lg/L 硫酸鈉0. 2-0. 3 g/L 磷酸16-40 ml/L其餘為水。
2.如權利要求1所述的一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法，其特徵在於該鈍化液通過下列方法配製根據體積總量稱取2_3g/L的矽酸鹽，倒入1/2體積總量的水中，充分攪拌至溶解，得到矽酸鈉水溶液；根據體積總量稱取O. 5-lg/L的硫酸亞鐵，邊攪拌邊加入A步驟配製的矽酸鈉水溶液中，得到矽酸鹽、硫酸亞鐵的混合溶液；據體積總量稱取O. 2-0. 3 g/L硫酸鈉，邊攪拌邊加入B步驟配製的矽酸鈉、硫酸亞鐵的混合溶液中，得到矽酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液；據體積總量量取16-40ml/L的磷酸，邊攪拌邊加入C步驟配製的矽酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，得到矽酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸的混合溶液；向D步驟所得矽酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸的混合溶液中補加水並且定容至所需體積，並且攪拌均勻即可。
3.如權利要求1和2所述的一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法，其特徵在於所述矽酸鹽為矽酸鈉、矽酸鉀中的一種或者兩種。
4.如權利要求1、2和3所述的一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法， 其特徵在於所述矽酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸均為市售化學純產品，水為純化水或者自來水。
全文摘要
本發明公開了一種環保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及製備方法，該鈍化液採用矽酸鹽為基礎溶液，用於提高鋅及鋅合金的表面的耐蝕性。該鈍化液含矽酸鹽2-3g/L 硫酸亞鐵0.5-1g/L 硫酸鈉0.2-0.3g/L 磷酸16-40ml/L 以及餘量的水。配製只需將固體的矽酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉溶於1/2體積總量的水中，攪拌均勻；再加入磷酸，補加水並且定容至所需體積，並且攪拌均勻即可；該鈍化液的PH為1.5-2.0。該鈍化液用無毒的矽酸鹽代替鉻鹽作為鈍化液的主要原料，克服了傳統工藝毒性大、不環保的缺點，而且鈍化液中其他成分均對環境無汙染，完全符合我國電鍍廢水排放標準和歐盟RoHS指令等環保標準。同時，大大提高鈍化膜性能，矽酸鹽鈍化能形成類似鉻鹽鈍化膜，在鋅層表面形成網狀的黑色鈍化膜，提高了耐蝕性，經中性鹽霧試驗出白鏽的時間超過50個小時。
文檔編號C23C22/07GK103014689SQ20121058811
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者姜慧芬, 李居 申請人:雲南滇科塗鍍層材料有限公司