一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝的製作方法

2023-10-17 09:38:34 3

專利名稱：一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，可同時用作鋼鐵零件表面電鍍鋅及鋅鐵合金，屬金屬材料表面處理技術領域。
背景技術：
腐蝕與防腐關係到經濟發展和人民生命安全，表面工程技術是解決機械零部件及材料腐蝕與防護最經濟有效的手段和方法。
鍍鋅作為鋼鐵的防護性鍍層，得到了廣泛應用。為了滿足對零部件或材料性能更高要求，國內外都加大了對Zn-Fe、Zn-Ni、Sn-Zn、Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Cr、Zn-Ti、Zn-Co-Cr、Zn-Co-Fe、Zn-Ni-P、Zn-Fe-P等鋅基合金鍍的研究與應用，其中鋅鐵合金因具有最好的性價比，已在汽車、建築、電力等眾多行業普遍應用。
國內外目前只有單一用於鋅或鋅鐵合金電鍍的光亮劑及光亮工藝，尚沒有能夠同時用於鋅和鋅鐵合金電鍍的光亮劑及光亮工藝，使該類光亮劑的應用受到了較大限制，也給鋅或鋅鐵合金電鍍工作帶來極大不便。如成都高新電鍍環保工程研究所開發的ZF系列添加劑，對於電鍍鋅鐵合金來說是非常好的光亮劑，但是卻不能用於鍍鋅工藝，因此在推廣及應用方面受到了較大限制。此外，現有鋅或鋅鐵合金電鍍光亮工藝還存在使用工藝複雜、穩定性不好、電鍍綜合成本偏高等缺點。比如，為了保持鍍液pH值的穩定，現有酸性鋅或鋅鐵合金電鍍工藝大都要添加硼酸，而硼酸的使用不僅增加了原料成本，而且硼酸在添加時需要用熱水溶解，給生產帶來不便，另外硼酸還容易與鍍液中的鋅離子形成白色沉澱，給生產帶來不利影響。

發明內容
本發明的目的是克服現有鋅鐵合金電鍍光亮工藝的不足，提供一種能夠同時用於鋅和鋅鐵合金電鍍、無需使用硼酸、工藝簡單穩定、綜合成本低的光亮工藝。
本發明的技術方案是按普通鋅或鋅鐵合金電鍍的前處理及後處理工藝，配製氯化物體系鋅或鋅鐵合金電鍍液，然後在鍍液中加入由苄叉丙酮、表面活性劑、高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物、乙醇與水混合組成的鋅及鋅鐵合金光亮劑，將工件除鏽、除油、活化等前處理後，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為3.5～6、電流密度為1～2A/dm2、溫度為15～35℃，電鍍20～40分鐘，然後將工件取出，進行鈍化處理，得到表面鍍有鋅或鋅鐵合金的工件。
在鍍液中加入鋅及鋅鐵合金光亮劑的加入量為15～30mL/L。在鋅及鋅鐵合金光亮劑中，苄叉丙酮的濃度為10～30g/L，表面活性劑的濃度為70～130g/L，高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物的濃度為80～120g/L，其餘為乙醇和水；非離子型表面活性劑可以是壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、OP乳化劑中的任一種，離子型表面活性劑可以是十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的任一種，高級脂肪醇可以是十八天然脂肪醇、十六天然脂肪醇中的任一種；苄叉丙酮與乙醇的質量比為1∶10～1∶20，非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑的質量比為3∶1～10∶1，高級脂肪醇與環氧乙烷的質量比為1∶10～1∶25。
本發明的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，可以採用以下工藝製備先按10～30g/L先稱量苄叉丙酮，倒入10～20倍質量的分析純或化學純無水乙醇中，攪拌至完全溶解後混合均勻，得到製備苄叉丙酮的無水乙醇溶液；再按80～120g/L的總量、1∶10～1∶25的質量比，稱量高級脂肪醇與環氧乙烷並將它們混合，以無水氯化鋁、無水氯化鋅或硫酸為縮合劑，在室溫下進行縮合反應，得到高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物；然後按70～130g/L的量稱量表面活性劑(以3∶1～10∶1的質量比配比非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑)，與製備好的高級脂肪醇與環氧乙烷縮合物一起，倒入2～4倍質量的蒸餾水或去離子水中，加熱至80～90℃，攪拌至完全溶解後自然冷卻；將該冷卻後的溶液與苄叉丙酮的無水乙醇溶液混合均勻，最後用蒸餾水或去離子水定容至100％體積，得到鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑。
本發明鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值4.5～6.0、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。此條件下，電鍍電流效率可達到97～100％，沉積速率可達到20～30μm/h。
本發明鋅鐵合金電鍍工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、FeSO4·7H2O 4～12g/L、抗壞血酸0.5～1.5g/L、鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值3.5～5.5、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。此條件下，電鍍電流效率可達到97～100％，沉積速率可達到20～30μm/h，應用該工藝可得到鐵含量為0.2～0.8％(質量百分比)的鋅鐵合金鍍層。
本發明加入鍍液中的鋅及鋅鐵合金光亮劑的量，鋅及鋅鐵合金光亮劑中苄叉丙酮、表面活性劑、高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物的濃度，以及苄叉丙酮與乙醇的質量比、非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑的質量比、高級脂肪醇與環氧乙烷的質量比，都可根據實際需要，在給定範圍內選定。
本發明選擇可同時改善鋅與鋅合金鍍層光亮與平整性能的物質、進行優化組合作為光亮劑，並以適當工藝條件加入到鋅與鋅合金電鍍液中，通過苄叉丙酮使鍍層快速出光與整平，通過非離子型表面活性劑和離子型表面活性劑提高鍍液的分散能力與擴大光亮範圍(尤其是在低電流區起光亮作用)，通過高級脂肪醇與環氧乙烷縮合物和乙醇對苄叉丙酮進行乳化和增溶的作用，使得本工藝不僅能夠同時用於鋅和鋅鐵合金電鍍工藝、所得鍍層性能與鍍液性能不低於同類產品，而且無需使用硼酸、工藝簡單、穩定、易操作、環境友好、安全、綜合成本低。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的實質作進一步說明。
實施例1該鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝用於對鋼板進行局部鍍鋅光亮。光亮工藝中電鍍前處理及後處理工藝與普通鋅及鋅鐵合金電鍍工藝一致。
按普通鋅電鍍的前處理及後處理工藝，配製含ZnCl280g/L、KCl 200g/L的水溶液電鍍液，然後按20mL/L的量、在鍍液中加入含苄叉丙酮10g/L、乙醇150mL/L、非離子型表面活性劑聚乙二醇和離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉總量為100g/L(非離子型表面活性劑聚乙二醇與離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的質量比為3∶1)、載高級脂肪醇十六天然脂肪醇與環氧乙烷的縮合物100g/L(高級脂肪醇十六天然脂肪醇與環氧乙烷的質量比為1∶20)的水溶液鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，將鋼板除鏽、除油、活化等前處理後，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為5.5、電流密度為1.2A/dm2、室溫下電鍍25分鐘後取出，得到外觀均勻光亮的鋅鍍層，然後進行常規矽酸鹽藍白鈍化處理，經中性鹽霧試驗出白鏽時間超過100小時。
實施例2該鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝用於對空壓機上某鋼管零部件進行整體電鍍Zn-Fe合金，光亮工藝中電鍍前處理及後處理工藝與普通鋅及鋅鐵合金電鍍工藝一致。
按普通鋅鐵合金電鍍的前處理及後處理工藝，配製含ZnCl2100g/L、KCl 230g/L、FeSO4·7H2O10g/L、抗壞血酸1.2g/L的水溶液電鍍液，然後按15mL/L的量、在鍍液中加入含苄叉丙酮30g/L、乙醇600mL/L、非離子型表面活性劑聚乙二醇和離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉總量為130g/L(非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉的質量比為10∶1)，高級脂肪醇十八天然脂肪醇與環氧乙烷的縮合物總量為120g/L(高級脂肪醇十八天然脂肪醇與環氧乙烷的質量比為1∶25)的水溶液鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，將鋼管除鏽、除油、活化等前處理後，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為4、電流密度為1.8A/dm2、室溫下電鍍40分鐘後取出，得到外觀均勻光亮的Zn-Fe合金鍍層，鍍層中鐵含量為0.5％，鍍層進行常規矽酸鹽藍白鈍化處理後，經中性鹽霧試驗出白鏽時間超過40小時，高於空壓機生產企業的質量要求(30小時即可達到國家標準)。
實施例3該鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝用於對某機器鋼機殼進行整體鍍鋅光亮處理，光亮工藝中電鍍前處理及後處理工藝與普通鋅及鋅鐵合金電鍍工藝一致。
按普通鋅電鍍的前處理及後處理工藝，配製含ZnCl290g/L、KCl220g/L的水溶液電鍍液，然後按30mL/L的量、在鍍液中加入含苄叉丙酮20g/L、乙醇200mL/L、非離子型表面活性劑OP乳化劑和離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉總量為70g/L(非離子型表面活性劑OP乳化劑與離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的質量比為5∶1)，高級脂肪醇十六天然脂肪醇與環氧乙烷的縮合物總量為80g/L(高級脂肪醇十六天然脂肪醇與環氧乙烷的質量比為1∶10)的水溶液鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，將鋼板除鏽、除油、活化等前處理後，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為5、電流密度為1.5A/dm2、室溫下電鍍30分鐘後取出，得到外觀均勻光亮的鋅鍍層，然後進行常規矽酸鹽藍白鈍化處理，經中性鹽霧試驗出白鏽時間超過60小時。
權利要求
1.一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，將工件除鏽、除油、活化等前處理後，放入鋅或鋅鐵合金電鍍液中進行電鍍，然後將工件取出，得到表面鍍有鋅或鋅鐵合金的工件，其特徵是在鍍液中加入由苄叉丙酮、表面活性劑、高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物、乙醇與水混合組成的鋅及鋅鐵合金光亮劑。
2.根據權利要求1所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特徵是在鍍液中加入鋅及鋅鐵合金光亮劑的量為15～30mL/L。
3.根據權利要求1或2所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特徵是所述的鋅及鋅鐵合金光亮劑中，苄叉丙酮的濃度為10～30g/L，表面活性劑的總濃度為70～130g/L，高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物的濃度為80～120g/L，其餘為乙醇和水，苄叉丙酮與乙醇的質量比為1∶10～1∶20。
4.根據權利要求1或2所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特徵是所述鋅及鋅鐵合金光亮劑中，高級脂肪醇與環氧乙烷的質量比為1∶10～1∶25，表面活性劑由非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑組成，非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑的質量比為3∶1～10∶1。
5.根據權利要求1或2所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特徵是所述鋅及鋅鐵合金光亮劑中，非離子型表面活性劑可以是壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、OP乳化劑中的任一種，離子型表面活性劑可以是十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的任一種，高級脂肪醇可以是十八天然脂肪醇、十六天然脂肪醇中的任一種。
6.根據權利要求1、3、4、5任一項所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特徵是鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、所述鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值4.5～6.0、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。
7.根據權利要求1、3、4、5任一項所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特徵是鋅鐵合金電鍍工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、FeSO4·7H2O 4～12g/L、抗壞血酸0.5～1.5g/L、所述鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值3.5～5.5、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。
全文摘要
本發明涉及一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，可同時用作鋼鐵零件表面電鍍鋅及鋅鐵合金，屬金屬材料表面處理技術領域。按普通鋅或鋅鐵合金電鍍的前處理及後處理工藝，配製鋅或鋅鐵合金電鍍液，然後在鍍液中加入由苄叉丙酮、表面活性劑、高級脂肪醇與環氧乙烷的縮合物、乙醇與水混合而成的光亮劑，將前處理後的工件放入加有光亮劑的電鍍液中進行電鍍。本工藝可同時用於鋅和鋅鐵合金電鍍工藝、所得鍍層性能與鍍液性能不低於同類產品，還具有無需硼酸、工藝簡單、穩定、易操作、環境友好、安全、綜合成本低等優點。
文檔編號C25D5/48GK101063216SQ200710065900
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月22日 優先權日2007年5月22日
發明者張英傑, 範雲鷹, 董鵬 申請人:昆明理工大學