專利名稱：一種環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法，主要用于提供一種 可對鍍鋅產(chǎn)品進(jìn)行表面防腐處理的新型無公害鈍化液產(chǎn)品及其制備丁藝，屬金屬材料表面 處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
腐蝕與防腐關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命安全，表面工程技術(shù)是解決機(jī)械零部件及 材料腐蝕與防護(hù)最經(jīng)濟(jì)有效的手段和方法。鍍鋅是提高鋼鐵零件抗腐蝕能力的有效途徑，目前廣泛地應(yīng)用于造船工業(yè)、機(jī)械 工業(yè)、航空、建筑等許多領(lǐng)域中。但在潮濕的環(huán)境中，尤其在濕熱環(huán)境中，鍍鋅及鋅鐵合金層 易發(fā)生腐蝕，使鍍層表面形成暗灰色或白色疏松的腐蝕產(chǎn)物——白銹；時間長了會出現(xiàn)紅 銹，從而失去防腐效果。為了提高鍍層的耐蝕性，須對鍍層進(jìn)行鈍化處理形成表面鈍化膜。目前鍍鋅鈍化工藝在生產(chǎn)中所使用的鈍化液幾乎都含有六價鉻或三價鉻。由于六 價鉻毒性高且易致癌，各國政府已嚴(yán)格限制其使用和排放，尤其是在歐盟RoHS指令中明確 禁止使用任何經(jīng)含有六價鉻鈍化液處理的零件和產(chǎn)品；三價鉻鈍化液盡管比六價鉻污染小 得多，但是經(jīng)三價鉻鈍化的鍍鋅零部件經(jīng)過一段時間后仍存在氧化成六價鉻的現(xiàn)象，仍沒 有真正實(shí)現(xiàn)清潔環(huán)保，所以很多國家和地區(qū)也開始限制使用三價鉻鈍化工藝。因此傳統(tǒng)的含鉻鈍化液產(chǎn)品正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而開發(fā)和制備符合環(huán)保要求的無鉻 鈍化液必然成為今后的發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)外對于鍍鋅層無鉻鈍化液的研究主要有鉬酸鹽 體系、鈦鹽體系、稀土體系、硅酸鹽體系、植酸體系和有機(jī)物體系等，但目前還沒有一種無鉻 鈍化液可以在生產(chǎn)上完全取代傳統(tǒng)含鉻鈍化液。鉬酸鹽鈍化液可形成多種顏色鈍化膜，但 是耐蝕性差、效率低、成本高、維護(hù)困難，而且鉬與鉻同族，仍有污染問題。鈦鹽鈍化液可提 供較好的耐蝕性，但成本太高，而且成膜效率需要進(jìn)一步提高。稀土鈍化液也可以形成耐蝕 性優(yōu)良的鈍化膜，但成膜效率太低，一般要鈍化1 2天才能達(dá)到性能要求，而含鉻鈍化只 需5 30秒。植酸和有機(jī)物鈍化液環(huán)保性好，無重金屬離子處理問題，但是成膜光亮性和 耐腐蝕性較差，成本高，維護(hù)困難。硅酸鹽鈍化液清潔環(huán)保，鈍化性能優(yōu)良，成本低，效率高， 是最有應(yīng)用前景的無鉻鈍化液，但是已有的研究表明，經(jīng)硅酸鹽鈍化處理的鍍鋅產(chǎn)品外觀 不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)黃、泛彩等現(xiàn)象，還不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鍍鋅鈍化技術(shù)的不足，提供一種不含鉻、無公害、鈍化性 能優(yōu)良、成本低、外觀質(zhì)量好、合格率高的環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是該鈍化液以硅酸鈉代替?zhèn)鹘y(tǒng)鈍化工藝所使用的鉻鹽作為主 要成膜物質(zhì)，可與鍍鋅層表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成具有保護(hù)作用的鈍化膜；以磷酸代替?zhèn)鹘y(tǒng) 鈍化液最常用的硫酸或硝酸作為主要成膜物質(zhì)的溶劑和成膜反應(yīng)所需氫離子的主要提供 源，同時還能與鍍鋅層發(fā)生磷化反應(yīng)，從而提高鈍化膜的耐腐蝕性能；在鈍化液中加入適量硼酸，可以對PH值起到一定的緩沖作用，從而提高鈍化液的穩(wěn)定性；利用雙氧水的氧化性， 加快成膜過程，提高鈍化效率；在鈍化液中加入適量氟化鈉，對鍍鋅層鈍化膜起到一定的漂 白作用，從而避免鈍化膜出現(xiàn)發(fā)黃、泛彩等現(xiàn)象，提高鍍鋅件的外觀質(zhì)量。該鈍化液組成為硅酸鈉5 15g/L、磷酸10 20ml/L、硼酸1 3g/L、氟化鈉1 2g/L、雙氧水5 15ml/L、其余為水，鈍化液pH值為1. 5 2. 5，其制備工藝流程為(1)根 據(jù)體積總量用天平按5 15g/L稱取所需硅酸鈉，倒入盛有1/5 1/4體積總量的水中， 充分?jǐn)嚢柚凉杷徕c完全溶解，得到硅酸鈉水溶液；(2)根據(jù)體積總量用移液管或其它可以 定量量取溶液的容器按10 20ml/L量取所需磷酸，慢慢加入步驟1已配制好的硅酸鈉水 溶液中，邊加入邊攪拌，直至混合均勻；(3)根據(jù)體積總量用天平分別按1 3g/L稱取硼酸 和按1 2g/L稱取氟化鈉，倒入盛有1/5 1/4體積總量的水中，充分?jǐn)嚢柚僚鹚岷头?鈉完全溶解，然后再倒入步驟2已配制好的硅酸鈉和磷酸混合水溶液中，邊加入邊攪拌，直 至混合均勻；(4)根據(jù)體積總量用移液管或其它可以定量量取溶液的容器按5 15ml/L量 取雙氧水，加入到步驟3已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉混合水溶液中，邊加入邊攪 拌，直至混合均勻；(5)向步驟4已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉、雙氧水混合水溶液 中補(bǔ)加水定容至所需體積，然后以數(shù)字酸度計(jì)或PH值試紙為工具，按常規(guī)方法用稀磷酸或 氫氧化鈉溶液將該混合水溶液的PH值調(diào)至1. 5 2. 5，并攪拌直至混合均勻，即可完成環(huán)境 友好型鍍鋅用無鉻鈍化液的制備。本發(fā)明所述硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉和雙氧水均為市購的化學(xué)純產(chǎn)品，水為自 來水或蒸餾水，在配制鈍化液的各個步驟中均用玻璃棒或其它耐酸堿的物體對溶液進(jìn)行攪拌。 鈍化液中各組成物的實(shí)際用量可以根據(jù)鍍鋅產(chǎn)品的具體性能要求在給定工藝范圍內(nèi)選擇。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鍍鋅用無鉻鈍化液具有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(1)該鈍 化液用于鍍鋅零件的后處理工藝，能夠顯著提高鍍鋅產(chǎn)品的耐蝕性，使鹽霧試驗(yàn)出白銹時 間可達(dá)72小時以上，達(dá)到了傳統(tǒng)鉻鹽鈍化的性能水平；(2)由于在鈍化液中用硅酸鹽代替 了鉻鹽作為主要原料，克服了傳統(tǒng)鉻鹽鈍化工藝毒性大、不環(huán)保的缺點(diǎn)，而且該鈍化液不含 Ag、Cu、Pb、Ni等重金屬(離子)，完全符合我國電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)和歐盟RoHS指令等環(huán)保 標(biāo)準(zhǔn)，是一種真正意義上的無公害鈍化液及制備工藝，可實(shí)現(xiàn)鍍鋅行業(yè)的清潔生產(chǎn)；(3)使 用適量的磷酸、硼酸、氟化鈉和雙氧水作為輔助成膜物質(zhì)，既提高了鈍化性能和效率，又保 證鍍鋅產(chǎn)品鈍化后具有優(yōu)良的外觀；(4)本發(fā)明配制該鈍化液所用的硅酸鈉、磷酸、硼酸、 氟化鈉、雙氧水等各組成物質(zhì)均為常見、價格低廉的原料，配制過程操作簡單，鈍化液配制 成本低，容易為生產(chǎn)接受；(5)用本發(fā)明對鍍鋅鋼鐵零部件進(jìn)行表面鈍化處理時，零件的鍍 前處理和鍍鋅過程，以及清洗、出光、鈍化、干燥等各個工序的操作條件均和生產(chǎn)中現(xiàn)有工 藝一致，無特殊要求，而且零件浸入該鈍化液5 30秒即可完成鈍化過程，鈍化效率高，完 全可以取代傳統(tǒng)含鉻鈍化工藝。綜上所述，本發(fā)明具有極好的應(yīng)用前景。


附圖為本發(fā)明所述的環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液的制備工藝流程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)質(zhì)作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1 制備1升環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液，并用于酸性電鍍鋅鈍化處理。1)按下列配方備料硅酸鈉5g/L、磷酸10ml/L、硼酸lg/L、氟化鈉lg/L、雙氧水 5ml/L、其余為水。2)經(jīng)下列方法制備硅酸鹽鈍化液，備用A、用天平稱取5g分析純硅酸鈉，倒入裝有200毫升水、總?cè)莘e超過1升的玻璃杯 中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢柚凉杷徕c完全溶解；B、用移液管量取10毫升分析純磷酸，慢慢加入A步驟已配制好的硅酸鈉水溶液 中，邊加入邊用玻璃棒攪拌，直至混合均勻；C、用天平分別稱取Ig分析純硼酸和Ig分析純氟化鈉，倒入裝有200毫升水的玻 璃杯中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢柚僚鹚岷头c完全溶解，然后再倒入B步驟已配制好的硅酸 鈉和磷酸混合水溶液中，邊加入邊攪拌，直至混合均勻；D、用移液管量取5毫升分析純雙氧水，加入到C步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼 酸、氟化鈉混合水溶液中，邊加入邊用玻璃棒攪拌，直至混合均勻；E、向D步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉、雙氧水混合水溶液中補(bǔ)加水 定容至1升，然后以數(shù)字酸度計(jì)為工具，按常規(guī)方法用稀磷酸或氫氧化鈉溶液將該混合水 溶液的PH值調(diào)至1. 5附近，并攪拌直至混合均勻。 3)鍍鋅件經(jīng)下列方法得到將80mmX 40mmX 1. 5mm的低碳鋼板在進(jìn)行電鍍之前按 常規(guī)進(jìn)行除銹、除油、活化等前處理后，放入常規(guī)電鍍液中進(jìn)行電鍍處理，鍍鋅處理丁藝的 鍍液組成及操作條件為=ZnCl2 :50g/L、KCl :200g/L、光亮劑適量、鍍液的pH值為6. 0，電流 密度為1. OA/dm2，溫度為室溫，電鍍時間為25分鐘，得電鍍鋅鋼板，備用。4)配制出光液將分析純的濃硝酸按10ml/L用量與自來水配制成水溶液，備用。5)將經(jīng)過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清洗干凈后浸入步驟4配制好的出光 液中，室溫下停留5秒，取出后用自來水清洗干凈，再浸入步驟2配制好的鈍化液中，室溫下 浸泡30秒后，取出，經(jīng)自來水清洗干凈后用吹風(fēng)機(jī)吹干。經(jīng)本鈍化液處理后的鍍鋅鋼板呈現(xiàn)均勻、光亮、銀白色外觀，經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)，出 銹時間可達(dá)到100小時。實(shí)施例2 制備10升環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液，并用于堿性電鍍鋅鈍化處理。1)按下列配方備料硅酸鈉10g/L、磷酸15ml/L、硼酸2g/L、氟化鈉1. 5g/L、雙氧 水10ml/L、其余為水。2)經(jīng)下列方法制備硅酸鹽鈍化液，備用A、用天平稱取IOOg分析純硅酸鈉，倒入裝有2升水、總?cè)莘e超過10升的塑料桶 中，用木棒充分?jǐn)嚢柚凉杷徕c完全溶解；B、用量筒量取150毫升分析純磷酸，慢慢加入A步驟已配制好的硅酸鈉水溶液中， 邊加入邊用木棒攪拌，直至混合均勻；C、用天平分別稱取20g分析純硼酸和15g分析純氟化鈉，倒入裝有2升水的塑料 桶中，用木棒充分?jǐn)嚢柚僚鹚岷头c完全溶解，然后再倒入B步驟已配制好的硅酸鈉和 磷酸混合水溶液中，邊加入邊攪拌，直至混合均勻；D、用量筒量取100毫升分析純雙氧水，加入到C步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼 酸、氟化鈉混合水溶液中，邊加入邊用木棒攪拌，直至混合均勻；
E、向D步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉、雙氧水混合水溶液中補(bǔ)加水 定容至10升，然后以數(shù)字酸度計(jì)為丁具，按常規(guī)方法用稀磷酸或氫氧化鈉溶液將該混合水 溶液的PH值調(diào)至2. 0附近，并攪拌直至混合均勻。3)電鍍鋅鋼板經(jīng)下列方法得到將IOOmmX 60mmX 2mm的Q235鋼板在進(jìn)行電鍍之 前按常規(guī)進(jìn)行除銹、除油、活化等前處理后，放入常規(guī)電鍍液中進(jìn)行電鍍處理，鍍鋅處理工 藝的鍍液組成及操作條件為ZnO :10g/L、Na0H :120g/L、光亮劑適量、鍍液的pH值為12，電 流密度為2. OA/dm2，溫度為室溫，電鍍時間為15分鐘，得電鍍鋅鋼板，備用；4)配制出光液將分析純的濃硝酸按15ml/L用量與自來水配制成水溶液，備用；5)將步驟3得到的鍍鋅鋼板浸入步驟4配制好的出光液中，室溫下停留3秒，取 出后用自來水清洗干凈，再放入步驟2配制好的鈍化液中，室溫下浸泡20秒，然后取出該鋼 板，用鼓風(fēng)干燥箱在80°C下烘干。經(jīng)本鈍化液處理后的鍍鋅鋼板呈現(xiàn)均勻、光亮、銀白色外觀，經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)，出 銹時間可達(dá)到90小時。實(shí)施例3 制備100升環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液，并用于熱鍍鋅鈍化處理。1)按下列配方備料硅酸鈉15g/L、磷酸20ml/L、硼酸3g/L、氟化鈉2g/L、雙氧水 15ml/L、其余為水。2)經(jīng)下列方法制備硅酸鹽鈍化液，備用A、用天平稱取1500g分析純硅酸鈉，倒入裝有20升水、總?cè)莘e超過100升的塑料 桶中，用木棒充分?jǐn)嚢柚凉杷徕c完全溶解；B、用燒杯量取2升分析純磷酸，慢慢加入A步驟已配制好的硅酸鈉水溶液中，邊加 入邊用木棒攪拌，直至混合均勻；C、用天平分別稱取300g分析純硼酸和200g分析純氟化鈉，倒入裝有20升水的塑 料桶中，用木棒充分?jǐn)嚢柚僚鹚岷头c完全溶解，然后再倒入B步驟已配制好的硅酸鈉 和磷酸混合水溶液中，邊加入邊攪拌，直至混合均勻；D、用燒杯量取1. 5升分析純雙氧水，加入到C步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、 氟化鈉混合水溶液中，邊加入邊用木棒攪拌，直至混合均勻；E、向D步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉、雙氧水混合水溶液中補(bǔ)加水 定容至100升，然后以PH值試紙為工具，按常規(guī)方法用稀磷酸或氫氧化鈉溶液將該混合水 溶液的PH值調(diào)至2. 5附近，并攪拌直至混合均勻。3)熱鍍鋅件經(jīng)下列方法得到將一體積約為0. 05立方米的某機(jī)器鋼機(jī)殼按照傳統(tǒng)丁藝在進(jìn)行熱鍍之前進(jìn)行除 銹、除油、助鍍等前處理，然后進(jìn)行熱浸鍍鋅，浸鋅溫度為450°C，浸鍍時間為1分鐘，鋅層凝 固后進(jìn)行水冷。4)將步驟3得到的熱鍍鋅件浸入步驟2制備好的鈍化液中，室溫下浸泡5秒，然后 取出，放入鼓風(fēng)干燥箱在80°C下烘干。經(jīng)本鈍化液處理后的鍍鋅機(jī)殼呈現(xiàn)均勻、光亮、銀白色外觀，經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)，出 銹時間可達(dá)到80小時。
權(quán)利要求
1. 一種環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法，其特征在于該鈍化液由下列組分 組成硅酸鈉5 15g/L磷酸10 20ml硼酸1 3g/L氟化鈉1 2g/L雙氧水5 15ml其余為水。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法，其特征在于該鈍 化液通過下列方法配制A、根據(jù)體積總量用天平按5 15g/L稱取所需硅酸鈉，倒入盛有1/5 1/4體積總量 的水中，充分?jǐn)嚢柚凉杷徕c完全溶解，得到硅酸鈉水溶液；B、根據(jù)體積總量用移液管或其它可以定量量取溶液的容器按10 20ml/L量取所需磷 酸，慢慢加入A步驟已配制好的硅酸鈉水溶液中，邊加入邊攪拌，直至混合均勻；C、根據(jù)體積總量用天平分別按1 3g/L稱取硼酸和按1 2g/L稱取氟化鈉，倒入盛 有1/5 1/4體積總量的水中，充分?jǐn)嚢柚僚鹚岷头c完全溶解，然后再倒入B步驟已配 制好的硅酸鈉和磷酸混合水溶液中，邊加入邊攪拌，直至混合均勻；D、根據(jù)體積總量用移液管或其它可以定量量取溶液的容器按5 15ml/L量取雙氧水， 加入到C步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉混合水溶液中，邊加入邊攪拌，直至混 合均勻；E、向D步驟已配制好的硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉、雙氧水混合水溶液中補(bǔ)加水定容 至所需體積，然后以數(shù)字酸度計(jì)或PH值試紙為工具，按常規(guī)方法用稀磷酸或氫氧化鈉溶液 將該混合水溶液的PH值調(diào)至1. 5 2. 5，并攪拌直至混合均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法，其特征在 于所述硅酸鈉、磷酸、硼酸、氟化鈉和雙氧水均為市購的化學(xué)純產(chǎn)品，水為自來水或蒸餾水， 在配制鈍化液的各個步驟中均用玻璃棒或其它耐酸堿的物體對溶液進(jìn)行攪拌。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不含鉻、無公害、鈍化性能優(yōu)良、成本低、外觀質(zhì)量好、合格率高的環(huán)境友好型鍍鋅用無鉻鈍化液及其制備方法。該鈍化液組成為硅酸鈉5～15g/L、磷酸10～20ml/L、硼酸1～3g/L、氟化鈉1～2g/L、雙氧水5～15ml/L、其余為水，鈍化液pH值為1.5～2.5。該鈍化液用硅酸鹽代替了鉻鹽作為主要原料，克服了傳統(tǒng)鉻鹽鈍化工藝毒性大、不環(huán)保的缺點(diǎn)，而且該鈍化液不含Ag、Cu、Pb、Ni等重金屬(離子)，完全符合我國電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)和歐盟RoHS指令等環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，是一種真正意義上的無公害鈍化液及制備工藝，可實(shí)現(xiàn)鍍鋅行業(yè)的清潔生產(chǎn)，具有極好的應(yīng)用前景。
文檔編號C23C22/36GK102002697SQ201010525860
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者范云鷹 申請人:云南滇科涂鍍層材料有限公司