專利名稱：一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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制備方法，屬金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電鍍鋅及鋅合金是鋼鐵防腐的重要手段之一，鍍鋅鋼鐵重要用于汽車、電力、交通、建筑等多個行業(yè)。然而，鍍鋅層在潮濕環(huán)境下容易發(fā)生腐蝕，影響產(chǎn)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(yōu)點為鉻鹽鈍化膜具有高耐蝕性并且平整致密，與基體金屬的結(jié)合力牢固，在腐蝕的環(huán)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(huán)境而被嚴格限制使用。目前國內(nèi)報道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(zhuǎn)化型鈍化液等，盡管達到了環(huán)保的要求，但還是存在不完善之處，如生產(chǎn)成本提高，使用條件及使用壽命等因素的影響，并且這些無鉻鈍化膜存在耐蝕性能比較差、使用的范圍的局限性、鈍化時間較長等缺點。目前國內(nèi)報道的無鉻黑色鈍化液僅僅在酸性鍍鋅或者堿性鍍鋅上試用，鈍化時間都超過了 I分鐘，經(jīng)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制備方法公開了使用鑰酸鹽鈍化的方法，盡管此種黑色鈍化液工藝易操作，發(fā)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(fā)性大，成本高，對操作人員身體有危害。目前國內(nèi)已有文獻報道，硅酸鹽與酸反應(yīng)，在鈍化液中能形成納米級別二氧化硅，在形成的交織網(wǎng)狀膜層中起封閉孔隙的作用，有效提高耐腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鈍化技術(shù)的不足，提供一種不含有毒物質(zhì)、所處理產(chǎn)品性能優(yōu)良、生產(chǎn)成本低的電鍍鋅及鋅鐵合金硅酸鹽清潔鈍化工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是對經(jīng)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后，進行出光處理，然后取出水洗，再放入娃酸鹽鈍化液中，進行娃酸鹽鈍化處理，最后將鍍層經(jīng)過鈍化的零件取出，采用專用封閉劑進行封閉，然后用干燥箱進行烘干或自然干燥。娃酸鹽鈍化處理過程中的操作為將出光后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，然后取出，用水洗后采用專用封閉劑進行封閉，然后采用烘干或自然干燥。鈍化液中各組分的含量為硅酸鈉硅酸鹽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(fā)黑劑，硫酸鈉0. 2-0. 3 g/L，其主要作用是輔助硫酸亞鐵發(fā)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(huán)境的作用，余量為水。硅酸鹽可以是硅酸鈉或硅酸鉀中的一種或者兩種。本發(fā)明對鋼鐵零部件的前期電鍍鋅或鋅鐵合金過程采用現(xiàn)有的工藝，出光處理也可采用現(xiàn)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秒后取出；出光液中各組成物及其含量為硝酸2_5ml/L，其余為水。鈍化液可采用如下步驟和方法配制先根據(jù)體積總量稱取2-3g/L分析純用硅酸鹽，倒入盛有10-30倍質(zhì)量自來水的燒杯中，用玻璃棒充分攪拌至硅酸鹽完全溶解，得到硅酸鹽水溶液；再根據(jù)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(zhì)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；然后根據(jù)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硅酸鈉溶液中，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制好的硅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，并用自來水定 容到所需的體積，得到硅酸鹽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 其余為水的清潔型硅酸鹽鈍化液。本發(fā)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(jù)實際需要在給定范圍內(nèi)選擇。水洗時，將剛剛鍍好的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件、或出光后的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件、或鈍化后的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件用自來水進行反復(fù)沖洗，直至鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件表面清洗干凈為止。干燥時，將鈍化并水洗后的鍍有鋅或鋅鐵合金的零部件用干燥箱將零部件表面的水分吹干為止。本發(fā)明由于采用硅酸鹽作為鈍化液的主要成分，并配以硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸，用于電鍍鋅及鋅鐵合金工藝的后處理工藝，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。由于鈍化液中不含鉻，克服鉻酸鹽鈍化技術(shù)毒性大、不環(huán)保等缺點，可實現(xiàn)電鍍鋅及鋅鐵合金的清潔生產(chǎn)；同時，廉價的硅酸鹽有使鈍化成本大大的降低。該鈍化工藝穩(wěn)定可靠，所生產(chǎn)的產(chǎn)品性能優(yōu)良、生產(chǎn)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(yīng)用價值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點為(I)耐蝕性能優(yōu)良，經(jīng)中性鹽霧腐蝕試驗白銹時間達50小時以上，耐紅銹時間達100小時；(2)環(huán)保無污染，鈍化液中不含任何價態(tài)鉻及有毒物質(zhì)，且沒有易揮發(fā)物質(zhì)；(3)該鈍化液適用性強，可用于酸性鍍鋅、堿性鍍鋅的鈍化處理；
(4)鈍化效率高，鈍化時間僅為15-20秒。


附圖為本發(fā)明所述的一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法 及制備工藝流程圖。
具體實施方案下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的實質(zhì)性作進一步說明。實施例1 :制備IL環(huán)保型鍍鋅黑色鈍化液，并用于酸性鍍鋅鈍化處理；該鈍化工藝用于對局部鍍鋅的鋼板進行后續(xù)鈍化處理。(I)按照下列配方配料硅酸鈉2g，硫酸亞鐵O. 5g,硫酸鈉O. 2g,磷酸16ml，其余為水。(2)經(jīng)下列方法制備環(huán)保型鍍鋅黑色鈍化液，備用
a)用天平稱取2.Og硅酸鈉，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硫酸鈉于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步驟配制的硅酸鈉水溶液中，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步驟配制的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，直至混合均勻
d)向c步驟得到的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中補加水并且定容至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(diào)節(jié)pH值至1. 5-2. O,并且攪拌 均勻即可。(3)該鋼板在進行電鍍之前進行除銹、除油、活化等前處理后，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)配制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(jīng)過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清潔干凈后浸入步驟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，浸泡15秒后，取出，經(jīng)過自來水洗后用專用的封閉劑進行封閉，然后烘干或者自然干燥。使用本鈍化工藝處理后的鋼板外觀表現(xiàn)為黑色、均勻、光亮，經(jīng)中性鹽霧試驗出白銹時間超過30小時。實施例2 :制備IOL環(huán)保型鍍鋅黑色鈍化液，并用于堿性鍍鋅鈍化處理；該鈍化工藝用于對某機器鋼機殼進行整體鍍鋅后的鈍化處理。(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,其余為水。(2)經(jīng)下列方法制備環(huán)保型鍍鋅黑色鈍化液，備用
a)用天平稱取25g硅酸鈉，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硫酸鈉于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步驟配制的硅酸鈉水溶液中，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步驟配制的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，直至混合均勻
d)向c步驟得到的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中補加水并且定容至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(diào)節(jié)pH值至1. 5-2. O,并且攪拌均勻即可。(3)該鋼板在進行電鍍之前進行除銹、除油、活化等前處理后，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)配制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(jīng)過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清潔干凈后浸入步驟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，浸泡15秒后，取出，經(jīng)過自來水洗后用專用的封閉劑進行封閉，然后烘干或者自然干燥。使用本鈍化工藝處理后的鋼板外觀表現(xiàn)為黑色、均勻、光亮，經(jīng)中性鹽霧試驗出白銹時間超過40小時。實施例3 :制備100L環(huán)保型鍍Zn-Fe合金黑色鈍化液，該鈍化工藝用于對空壓機上某鋼管整體電鍍Zn-Fe合金后的鈍化處理。(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,其余為水。(2)經(jīng)下列方法制備環(huán)保型Zn-Fe合金黑色鈍化液，備用
a)用天平稱取300g硅酸鈉，倒入裝有50000ml水，總體積超過100L的塑料桶中，用木棍充分攪拌至硅酸鈉完全溶解；
b)再稱取IOOg硫酸亞鐵、30g硫酸鈉于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步驟配制的硅酸鈉水溶液中，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步驟配制的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，直至混合均勻；
d)向c步驟得到的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中補加水并且定容至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(diào)節(jié)pH值至1. 5-2. O,并且攪拌均勻即可。(3)該鋼板在進行電鍍之前進行除銹、除油、活化等前處理后，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)配制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(jīng)過步驟3得到的電鍍鋅鋼板用自來水清潔干凈后浸入步驟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，浸泡15秒后，取出，經(jīng)過自來水洗后用專用的封閉劑進行封閉，然后烘干或者自然干燥。使用本鈍化工藝處理后的鋼板外觀表現(xiàn)為黑色、均勻、光亮，經(jīng)中性鹽霧試驗出白銹時間超過50小時。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法，其特征在于該鈍化液由下列組分組成硅酸鹽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其余為水。
2.如權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法，其特征在于該鈍化液通過下列方法配制根據(jù)體積總量稱取2_3g/L的硅酸鹽，倒入1/2體積總量的水中，充分攪拌至溶解，得到硅酸鈉水溶液；根據(jù)體積總量稱取O. 5-lg/L的硫酸亞鐵，邊攪拌邊加入A步驟配制的硅酸鈉水溶液中，得到硅酸鹽、硫酸亞鐵的混合溶液；據(jù)體積總量稱取O. 2-0. 3 g/L硫酸鈉，邊攪拌邊加入B步驟配制的硅酸鈉、硫酸亞鐵的混合溶液中，得到硅酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液；據(jù)體積總量量取16-40ml/L的磷酸，邊攪拌邊加入C步驟配制的硅酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸鈉的混合溶液中，得到硅酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸的混合溶液；向D步驟所得硅酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸的混合溶液中補加水并且定容至所需體積，并且攪拌均勻即可。
3.如權(quán)利要求1和2所述的一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法，其特征在于所述硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鉀中的一種或者兩種。
4.如權(quán)利要求1、2和3所述的一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法， 其特征在于所述硅酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉、磷酸均為市售化學(xué)純產(chǎn)品，水為純化水或者自來水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)保型鍍鋅及Zn-Fe合金黑色鈍化液及制備方法，該鈍化液采用硅酸鹽為基礎(chǔ)溶液，用于提高鋅及鋅合金的表面的耐蝕性。該鈍化液含硅酸鹽2-3g/L 硫酸亞鐵0.5-1g/L 硫酸鈉0.2-0.3g/L 磷酸16-40ml/L 以及余量的水。配制只需將固體的硅酸鹽、硫酸亞鐵、硫酸鈉溶于1/2體積總量的水中，攪拌均勻；再加入磷酸，補加水并且定容至所需體積，并且攪拌均勻即可；該鈍化液的PH為1.5-2.0。該鈍化液用無毒的硅酸鹽代替鉻鹽作為鈍化液的主要原料，克服了傳統(tǒng)工藝毒性大、不環(huán)保的缺點，而且鈍化液中其他成分均對環(huán)境無污染，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)。同時，大大提高鈍化膜性能，硅酸鹽鈍化能形成類似鉻鹽鈍化膜，在鋅層表面形成網(wǎng)狀的黑色鈍化膜，提高了耐蝕性，經(jīng)中性鹽霧試驗出白銹的時間超過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(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者姜慧芬, 李居 申請人:云南滇科涂鍍層材料有限公司