一种镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液的制作方法

专利名称：一种镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液，作为钢铁零部件电镀 锌或热镀锌用的处理液，属材料表面处理技术领域。
背景技术：
材料腐蚀与材料防腐工程，直接关系到经济的发展和人民的生命安全， 表面工程技术是解决机械零部件及材料腐蚀与防护最经济有效的手段和方 法。
电镀锌及热镀锌是提高钢铁材料表面抗腐蚀能力的有效途径，目前广 泛地应用于建筑、交通、机械、电子、航空等许多领域中。但在潮湿的环 境中，尤其在湿热环境中，镀锌层易发生腐蚀，使镀层表面形成暗灰色或 白色疏松的腐蚀产物——白锈；时间长了会出现红锈，从而失去防腐效果。 为了提高镀层的耐蚀性，须在钢铁材料表面电镀锌或热镀锌后，再对镀层 进行钝化处理，以便在镀锌层表面形成致密的钝化膜，从而进一步提高材 料的耐蚀性，延长材料的使用寿命。
目前几乎所有的镀锌材料如镀锌板等的后处理工艺都采用以六价铬或 三价铬为主要成分的溶液进行钝化处理，由于六价铬毒性高且容易致癌， 各国政府已严格限制其使用和排放，尤其是在欧盟RoHS指令中明确禁止 使用任何经六价铬钝化技术处理的零件和产品；三价铬钝化工艺尽管比六 价铬的污染性小得多，但是经三价铬钝化的镀锌材料经过一段时间后仍会 被氧化成六价铬，也就是说实质上并没有真正解决六价铬的毒性问题，所 以很多国家和地区也开始限制使用三价铬钝化工艺。
因此，开发符合环保要求的无铬钝化液必然成为今后的发展趋势。目 前国内外对于镀锌层无铬钝化液的研究主要有钼酸盐体系、钛盐体系、稀 土体系、硅酸盐体系、植酸体系和有机物体系等，但目前还没有一种无铬 钝化液可以在生产上完全取代传统含铬钝化液。钼酸盐钝化液可形成多种 颜色钝化膜，但是耐蚀性差、效率低、成本高、维护困难，而且钼与铬同族，仍有污染问题。钛盐钝化液可提供较好的耐蚀性，但成本太高，而且 成膜效率需要进一步提高。稀土钝化液也可以形成耐蚀性优良的钝化膜，
但成膜效率太低， 一般要钝化1~2天才能达到性能要求，而含铬钝化只需 5~30秒。植酸和有机物钝化液环保性好，无重金属离子处理问题，但是成 膜光亮性和耐腐蚀性较差，成本高，维护困难。硅酸盐钝化液清洁环保， 膜层耐蚀性好，成本低，效率高，是最有应用前景的无铬钝化液，但是现 有的研究表明硅酸盐钝化外观主要呈现蓝白色，还无法满足镀锌零部件彩 色钝化的要求。

发明内容
本发明正是为克服现有技术钝化液存在的不足，提供一种无公害且处 理的产品外观及性能优良，成本低，效率高，可满足电镀锌及热镀锌材料 彩色钝化要求的硅酸盐彩色钝化液。
本发明的技术方案是 一种镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液，其特征在 于由下列组分组成
硅酸钠 3 10 g/L
硼酸 1 3 g/L
H202 20 30 mL/L
HN03 3 5 mL/L
H2S04 3 5 mL/L
KMn04 0.1 0.5 g/L
NaAc 1 3 g/L
其量为H20。
所述硅酸钠、硼酸、H2S04、 HN03、 H202、 KMn04、 NaAc为市购的 化学纯产品。
所述硅酸盐彩色钝化液通过下列方法配制
A、 将硅酸钠、硼酸分别溶解于水中，得硅酸钠水溶液、硼酸水溶液；
B、 将H2S04加入A步骤的硅酸钠水溶液中，混合均匀；
C、 将HN03加入B步骤的混合溶液中，混合均匀；
D、 将A步骤的硼酸水溶液加入C步骤的混合液中，混合均匀；
E、 将H202加入D步骤的混合液中，混合均匀；F、 将KMn04加入E步骤的混合液中，混合均匀；
G、 将NaAc加入F步骤的混合液中，混合均匀；
H、 在G步骤的混合溶液中加水定容至所需体积，调整pH值至0.5 1.0，即得硅酸盐彩色钝化液。
所述硅酸盐彩色钝化液的pH值按常规方法用稀H2S04或稀NaOH溶液 调整至0.5 1.0。
使用所述硅酸盐彩色钝化液对电镀锌及热镀锌材料进行钝化处理的方 法为将经过电镀锌或热镀锌的材料用水清洗干净，按常规方法进行出光 处理后，取出材料水洗，再将材料浸入所述硅酸盐彩色钝化液中，室温下 浸泡5 30秒后，取出并用水清洗后，干燥即可。
所述电镀锌材料或热镀锌材料采用现有的成熟工艺而得。 所述出光处理为将镀锌后的材料放入由HN03和H20组成的出光液 中，于室温下浸泡3 5秒后，取出即可，其中出光液具体配比为质量浓 度为65M的HN03 5 15mL/L，其余为H20。
所述经镀锌、出光和钝化后的材料的清洗方法为自来水冲洗，或者
在装有清洁水的槽中或池中漂洗，直至将镀件表面清洗干净为宜。
所述经钝化后的镀锌材料的干燥方法为自然晾干，或者用吹风机吹 干，或者用烤箱烘干。
本发明所涉及各个工艺过程中所使用的水为自来水，或者是蒸馏水。 本发明与现有技术相比具有下列优点和效果采用上述方案，即以硅
酸钠作为主要成分，并配以硼酸、H202 、 HN03、 H2S04、 KMn04和NaAc
等辅助成膜物质配制成清洁型硅酸盐彩色钝化液，用于电镀锌及热镀锌材 料的后序钝化处理，可使镀锌材料的外观呈现出红、蓝、黄、紫、绿等多 种色彩均匀掺杂的良好视觉效果，同时显著提高了镀锌或材料的耐蚀性， 经盐雾试验，出锈时间达到80 120小时，在外观和性能方面均可达到现有 含铬彩色钝化工艺的效果。另外，由于本发明的钝化液中不含六价铬和三 价铬，从根本上解决了现有含铬钝化工艺污染环境的问题，而且也不含其 它任何对人体和环境有害的Ag、 Cu、 Pb、 Ni等重金属离子，完全符合我 国国家污水综合排放标准(GB 8978-1996)和欧盟RoHS指令等环保标准， 是一种真正意义上的无公害钝化液，可实现电镀锌及热镀锌钝化工序的清洁生产；同时，廉价的硅酸盐及及其它辅助成膜物质又使钝化液配制成本 大大降低，该钝化液稳定可靠，成膜效率高，完全可取代现有含铬彩色钝 化液，在成本和钝化效率方面也容易为生产企业所接受，是一种极具应用 前景的无公害钝化液。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。 实施例1
1) 按下列配方备料硅酸钠3g/L、硼酸2g/L 、 H20225mL/L、 HN03 3 mL/L、 H2S04 5 mL/L、 KMn04 0.3 g/L、 NaAc 2 g/L,余量为H20，所用 原料均为市购的化学纯产品，H20为自来水；
2) 经下列方法配制成硅酸盐彩色钝化液，备用
A、 将3g硅酸钠、2g硼酸分别溶解于水中，得硅酸钠水溶液、硼酸水 溶液；
B、 将5mLH2S04加入A步骤的硅酸钠水溶液中，混合均匀；
C、 将3mLHN03加入B步骤的混合溶液中，混合均匀；
D、 将A步骤的硼酸水溶液加入C步骤的混合液中，混合均匀；
E、 将25mLH202加入D步骤的混合液中，混合均匀；
F、 将0.3gKMnO4加入E步骤的混合液中，混合均匀；
G、 将2gNaAc加入F步骤的混合液中，混合均匀；
H、 在G步骤的混合溶液中加水定容至1升，调整pH值为1.0;
3) 电镀锌钢板经下列方法得到将80mmx40mmxl.5mm的低碳钢板 在进行电镀之前按常规进行除锈、除油、活化等前处理后，放入常规电镀 液中进行电镀处理，镀锌处理工艺的镀液组成及操作条件为ZnCl2 : 50 g/L、 KC1 : 200g/L 、添加剂适量、镀液的pH值为6.0，电流密度为1.0 A/ dm2，温度为室温，电镀时间为25分钟，得电镀锌钢板，备用；
4) 配制出光液将化学纯的HN03与水配制成10mL/L的出光液，备
用；
5) 将经过3)的电镀锌钢板用自来水清洗干净后浸入4)的出光液中， 室温下停留5秒，取出后用自来水清洗干净，再浸入2)的钝化液中，室温 下浸泡20秒后，取出，经自来水清洗干净后用吹风机吹干。经钝化液处理后的钢板外观均匀、彩色、光亮，经中性盐雾试验，出 白锈时间超过100小时。
实施例2
1) 按下列配方备料硅酸钠10 g/L、硼酸3 g/L 、 H202 30 mL/L、 HN03
4 mL/L、 H2S04 4 mL/L、 KMn04 0.5 g/L、 NaAc 1 g/L、余量为H20,所用 原料均为市购的化学纯产品，H20为自来水-,
2) 经与实施例1相同的方法配制成pH值为0.8的硅酸盐彩色钝化液，
3) 电镀锌钢板经下列方法得到将100mmx60mmx2mm的Q235钢 板在热镀之前按常规进行除锈、除油、助镀等前处理后，在盛有锌液的石 墨坩埚中进行热浸镀锌，浸锌温度为45(TC，浸镀时间为l分钟，锌层凝固 后进行水冷，得热镀锌钢板，备用；
4) 配制出光液将HN03与水配制成15mL/L的水溶液，备用；
5) 将3)的热镀锌钢板浸入4)的出光液中，室温下停留3秒，取出 后用自来水清洗干净，再放入2)的钝化液中，室温下浸泡30秒，然后取 出该钢板，用鼓风干燥箱在8(TC下烘干。
经本钝化液处理后的热镀锌钢板，外观均匀、彩色、光亮，经中性盐 雾试验出白锈时间超过120小时。 实施例3
1) 按下列配方备料硅酸钠6g/L、硼酸1 g/L 、 H2O220mL/L、 HN03
5 mL/L、 H2S04 3 mL/L、 KMn04 0,1 g/L、 NaAc 3 g/L、力Q H20定容至1L，
所用原料均为市购的化学纯产品，H20为自来水；
2) 经与实施例1相同的方法配制成pH值为0.5的硅酸盐彩色钝化液，
3) 对某机器钢制外壳进行碱性电镀锌的处理将某机器钢制外壳经常 规除锈、除油、弱浸蚀、预浸等处理后实施电镀，镀锌工艺的镀液组成及 操作条件为ZnO 10 g/L、 NaOH 120 g/L、添加剂适量、电流密度2.5 A/dm2、 温度为室温，电镀时间为30分钟，得电镀锌外壳，备用；
4) 配制出光液将HN03与水配制成5mL/L的水溶液，备用；
5) 将3)的电镀锌钢制外壳用自来水清洗后，放入4)的出光液中，室温下浸泡4秒，取出后用自来水冲洗，再放入2)的钝化液中，室温下浸 泡10秒，取出后经自来水清洗干净，自然晾干。使用本钝化液进行处理后的锌镀锌钢制外壳，外观均匀、彩色、光亮， 经中性盐雾试验出白锈时间超过80小时。
权利要求
1、一种镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液，其特征在于由下列组分组成硅酸钠 3～10 g/L硼酸1～3 g/LH2O220～30mL/LHNO33～5 mL/LH2SO4 3～5 mL/LKMnO4 0.1～0.5 g/LNaAc1～3 g/L其量为H2O。
2、 如权利要求1所述的镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液，其特征在于所 述硅酸钠、硼酸、H2S04、 HN03、 H202、 KMn04、 NaAc为市购的化学纯口
3、 如权利要求1所述的镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液，其特征在于通过下列方法配制A、 将硅酸钠、硼酸分别溶解于水中，得硅酸钠水溶液、硼酸水溶液；B、 将H2S04加入A步骤的硅酸钠水溶液中，混合均匀；C、 将HN03加入B步骤的混合溶液中，混合均匀；D、 将A步骤的硼酸水溶液加入C步骤的混合液中，混合均匀；E、 将H202加入D步骤的混合液中，混合均匀；F、 将KMn04加入E步骤的混合液中，混合均匀；G、 将NaAc加入F步骤的混合液中，混合均匀；H、 在G步骤的混合溶液中加水定容至所需体积，调整pH值至0.5 1.0，即得硅酸盐彩色钝化液。
4、 如权利要求3所述的镀锌材料用硅酸盐彩色钝化液，其特征在于所 述硅酸盐彩色钝化液的pH值按常规方法用稀H2S04或稀NaOH溶液调整至 0.5 1.0。
全文摘要
本发明提供一种硅酸盐彩色钝化液，由下列组分组成硅酸钠3～10g/l、硼酸1～3g/l、H₂O₂(30％)20～30ml/l、HNO₃(65％)3～5ml/l、H₂SO₄(98％)3～5ml/l、KMnO₄0.1～0.5g/l、NaAc 1～3g/l、其余为H₂O。经本钝化液处理后的镀锌材料其外观呈现出红、蓝、黄、紫、绿等多种色彩均匀掺杂的良好视觉效果，而且耐蚀性能优良，经中性盐雾试验，出锈时间可达到80～120小时，在外观和性能方面均可达到现有含铬彩色钝化工艺的效果，并从根本上解决了现有含六价铬和三价铬钝化液污染环境的问题，同时不含其它任何对人体和环境有害的Ag、Cu、Pb、Ni等重金属离子，该钝化液稳定可靠，成膜效率高，可取代传统含铬彩色钝化液。
文档编号C23C22/53GK101660156SQ200910094949
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者范云鹰 申请人:昆明理工大学