一种清洁型稀土盐钝化液制备方法

专利名称：一种清洁型稀土盐钝化液制备方法
技术领域：
本发明涉及一种清洁型稀土盐钝化液制备工艺，用该工艺制备的稀土盐钝化 液主要用于钢铁零件表面电镀锌及锌铁合金的后处理工序，属金属材料表面处理 技术领域。
背景技术：
腐蚀与防腐关系到经济发展和人民生命安全，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。
镀锌及锌铁合金是提高钢铁零件抗腐蚀能力的有效途径，目前广泛地应用于 造船工业、机械工业、航空、建筑等许多领域中。但在潮湿的环境中，尤其在湿 热环境中，镀锌及锌铁合金层易发生腐蚀，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，须对镀层进行钝化处理形成表面钝化膜。
目前几乎所有的镀锌钢板都采用了铬酸盐钝化处理，但由于铬酸盐中六价铬 毒性高且易致癌，政府已严格限制铬酸盐的使用和排放；并且"十一五"规划中 强调把开发环境保护技术放在优先位置。因此铬酸盐钝化技术正面临严峻挑战， 而寻求和采用符合环保要求的无铬钝化技术正成为目前发展的必然趋势。目前国 内外镀锌及其合金层上的无铬钝化主要有钼酸盐钝化、稀土盐钝化、硅酸盐钝化、 植酸钝化和有机物钝化等，但这些无铬钝化技术其钝化效果还达不到铬酸盐钝化 所具有的耐蚀性，或者是费用太高，以至于目前还没有一种无铬钝化工艺完全取 代铬酸盐钝化工艺。

发明内容
本发明的目的是克服现有镀锌和锌铁合金中钝化技术的不足，配制一种不含 有毒物质、所处理产品性能优良、生产成本低的清洁型钝化液，用于对电镀锌及 锌铁合金的零部件进行后处理，以提高零部件的耐蚀性。
本发明的技术方案是该电镀锌及锌铁合金用清洁钝化液由稀土盐、K2S208、Na2Si03、 H3B03、 H202、 HCl和H20组成，各组成物的含量为稀土盐15~30 g/L、 K2S208 2 5 g/L 、 Na2Si03. 3 H20 2 6 g/L 、 H3B03 2 6 g/L 、 H202 5 20 ml/L、 HCl 5 15 ml/L、其余为仏0，稀土盐可以是硝酸亚铈或氯化亚铈中的任一种，钝化液pH值 为1.8 2.8，钝化液中各组成物含量和及稀土盐种类可以根据实际需要在给定范 围内选择。
该钝化液的配制顺序为首先分别配制稀土盐溶液、K2S208、 Na2Si03及H3B03 溶液，再量取浓HC1，先后加入己配制好的稀土盐溶液中，然后与配制好的K2S208、 N&Si03及H3B0:!溶液混合，再量取比02滴入稀土盐、浓HCl、 K2S208、 Na2Si03& H3B03 的混合溶液，并将溶液的pH值至1.8 2.8，最后定容至所需体积即可。从而完 成清洁型稀土盐钝化液的配制。
本稀土盐钝化液主要用于电镀锌及锌铁合金工艺的后处理工艺，能够显著提 高电镀锌及锌铁合金的耐蚀性，使盐雾试验出白锈时间可达25 50小时以上。 由于在钝化液中不含铬，克服了铬酸盐钝化技术毒性大、不环保等缺点，可实 现电镀锌及锌铁合金的清洁生产。使用该钝化液的钝化工艺稳定可靠，所生产 的产品性能优良，具有很重要的社会意义和应用价值。


附图为本发明制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容
并不限于此。
清洁型稀土盐钝化液制备工艺，其特征是该钝化液的配制步骤和方法为
①先根据体积总量称取15 30 g/L分析纯用稀土盐，倒入盛有10 30倍质量自 来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至稀土盐完全溶解，以备使用；②再根据体 积总量称取2 6 g/L分析纯用H3B03，倒入盛有10 30倍质量自来水的烧杯中， 用玻璃棒充分搅拌至H3B03完全溶解，以备使用；③再根据体积总量称取2 5g/L 分析纯用K2S208，倒入盛有10 30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌 至K2S208完全溶解，以备使用；④再根据体积总量称取2 6 g/L分析纯用Na2Si03. 3 H20，倒入盛有10 30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至Na2Si03. 3 H20完全溶解，以备使用；(D根据体积总量按5 15ml/L用移液管量取分析纯用浓 HC1，先后慢慢加入溶解完全的稀土盐溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直至混 合均匀，以备使用；⑥把步骤②、③、④中己配制好的K2S208、 Na2Si03、 H3B03 水溶液，加入到步骤⑤中已配制好的稀土盐与浓HC1的混合溶液中，边加入边 用玻璃棒搅拌，直至混合均匀；⑦根据体积总量按5 20ml/L用移液管量取分 析纯用H202，加入到步骤⑥已配制好的稀土盐、浓HC1、 K2S208、 Na2Si03、貼03 的混合溶液，边加边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀，以备使用；⑧以数字酸度 计为工具，用稀HCl或稀NaOH把步骤⑦中己配制好的由稀土盐、HC1、 K2S208、 Na2Si03、 li,B03与H20组成的混合溶液的pH值调至1. 8 2. 8，并用自来水定容到
所需体积，从而完成清洁型稀土盐钝化液的配制。
实施例l:用该制备工艺配制电镀锌及锌合金用清洁钝化液10L，其中钝化 液组成为氯化亚铈15g/L、 K2S208 2 g/L 、 Na2Si03. 3H20 2g/L 、 ,3 2g/L 、 HA 5ml/L、 HC1 5ml/L，其余为H20， pH值为2.8。具体的配制过程如下
用天平先按15 g/L称取分析纯氯化亚铈150 g，倒入盛有1 L自来水的烧杯 中，并用玻璃棒充分搅拌至完全溶解。用天平称取20g分析纯用H3B03，倒入盛 有0.5L自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至H3B03完全溶解。用天平称取20 g分析纯用K&08，倒入盛有0.5L自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至K2S208 完全溶解。用天平称取20 g分析纯用Na2Si03. 3 H20，倒入盛有0. 5 L自来水的 烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至Na2Si03.3 H力完全溶解。用移液管量取50 ml分 析纯用浓HC1，先后慢慢加入上述氯化亚铈溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直. 至混合均匀。把已配制好的K2S20s、 Na2Si03、 H3B03水溶液，加入到己配制好的稀 土盐与浓HC1的混合溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀。用移液 管量取50 ml的分析纯用HA，加入到上述已配制好的稀土盐、浓HC1、 K2S208、 Na2Si03、貼03的混合溶液中，边加边搅拌，以至混合均匀，然后以数字酸度计 为工具，用稀HC1或稀NaOH调该混合溶液的pH值至2. 8，并定容到10 L，从 而完成清洁型稀土盐钝化液的配制。
此钝化液用于对局部镀锌钢板进行钝化处理。钢板在进行除锈、除油、活化等前处理后，放入电镀液中进行电镀，镀锌工艺的镀液组成及操作条件为ZnCl2 80 g/L、 KC1 200 g/L 、添加剂适量、镀液的pH值保持在5. 5左右，电流密度 为1.2 A/ dm2，温度为室温，电镀时间为25分钟。电镀后将零件取出清洗，然 后放入由HN03 2 ml/L和H20组成的出光液中停留10秒，取出零件用水清洗干净， 再用本钝化液室温下钝化处理90秒，最后将零部件清洗干净并用吹风机吹干零 件表面水分。
使用此制备工艺配制出的稀土盐钝化液进行处理后的锌镀层外观均勻光亮， 经中性盐雾试验出白锈时间超过25小时。
实施例2:用该制备工艺配制电镀锌及锌合金用清洁钝化液5 L，其中钝化 液组成为硝酸亚铈25g/L、 K2S208 4 g/L 、 Na2Si03 3g/L 、 H3B03 3g/L 、 H202 10ml/L、 HC1 10ml/L，其余为H20， pH值为2.4。该钝化液具体配制过程如下
用天平先按25 g/L称取分析纯硝酸亚铈125 g，倒入盛有1. 5 L自来水的烧 杯中，并用玻璃棒充分搅拌至完全溶解。用天平按3 g/L称取15 g分析纯用H3BO:5， 倒入盛有0.5 L自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至H3B03完全溶解。用天平 按4 g/L称取20 g分析纯用K2S20s，倒入盛有0.5 L自来水的烧杯中，用玻璃 棒充分搅拌至K&08完全溶解。用天平按3 g/L称取15 g分析纯用Na2Si03. 3 H20， 倒入盛有0.5L自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至Na2Si03.3H20完全溶解。 用移液管量取50ml分析纯用浓HCl，先后慢慢加入上述硝酸亚铈溶液中，边加 入边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀。把已配制好的K2SA、 Na2Si03、 H3B03水溶液， 加入到已配制好的稀土盐与浓HC1的混合溶液中，边加入边用玻璃棒搅拌，直 至混合均匀。用移液管量取50ml的分析纯用HA，加入到上述已配制好的稀土 盐、浓HC1、 K2S208、 Na2Si03、比803的混合溶液中，边加边搅拌，以至混合均匀， 然后以数字酸度计为工具，用稀HC1或稀NaOH调该混合溶液的pH值至2. 4，并 定容到5 L，从而完成清洁型稀土盐钝化液的配制。
此钝化液用于对局部电镀Zn-Fe合金钢板进行钝化处理。钢板在进行除锈、 除油、活化等前处理后，放入电镀液中进行电镀，锌铁合金电镀工艺的镀液组成 及操作条件为ZnCl2 100 g/L、 KC1 230 g/L、 FeS04.7H20 10 g/L、抗坏血酸1. 2g/L、添加剂适量、pH值4.0、阴极电流密度1.8 A/dm2、温度为室温，电镀时 间为40分钟，所得Zn-Fe合金镀层中铁含量为0.5L电镀后将钢板取出并用水 清洗干净，然后放入由丽03 3 ml/L和H20组成的出光液中停留6秒，取出零件 用水清洗干净，再用本钝化液室温下钝化处理60秒，最后将零部件清洗干净并 用吹风机吹干零件表面水分。 i使用本钝化工艺处理后的Zn-Fe合金镀层，外观均匀光亮，经中性盐雾试验 出白锈时间超过50小时，不仅超过了现有铬酸盐钝化工艺的耐蚀性能(25小时)， 而且还超过了国家标准(30小时)。
权利要求
1、一种清洁型稀土盐钝化液制备方法，其特征是该钝化液的配制顺序为首先分别配制稀土盐溶液、K2S2O8溶液、Na2SiO3溶液、H3BO3溶液，再量取浓HCl，先后加入已配制好的稀土盐溶液中，然后与配制好的K2S2O8溶液、Na2SiO3溶液及H3BO3溶液混合，再量取分析纯用H2O2滴入稀土盐、K2S2O8、Na2SiO3、H3BO3和浓HCl的混合溶液，并将溶液的pH值至1.8～2.8，最后定容至所需体积即可。
2、 根据权利要求1所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征所述的稀土盐 15 30 g/L、 K2S208 2 5 g/L 、 Na2SiO:!. 3H20 2~6 g/L 、 H3B03 2 6 g/L 、 H202 5~20 ml/L、 HC1 5 15 ml/L、其余为H20。
3、 根据权利要求l、 2所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是该工艺用 于制备电铍锌及锌铁合金的零部件进行后处理，以提高零部件的耐蚀性。
4、 根据权利要求1所述的稀土盐溶液的配制方法，其特征是配制稀土盐 溶液时，根据体积总量称取15 30g/L分析纯用稀土盐，倒入盛有10 30倍质 量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至稀土盐完全溶解，以备使用。
5、 根据权利要求l、 2或4所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是稀土盐 可以是硝酸亚铈或氯化亚铈中的任一种。
6、 根据权利要求1所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是所述的H3B03 溶液的配制工艺是根据体积总量称取2 6 g/L分析纯用硼酸，倒入盛有10 30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至硼酸完全溶解，以备使用；所 述的1(&08溶液的配制工艺是根据体积总量称取2 5 g/L分析纯用K2S208，倒 入盛有10 30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至K2S20s完全溶解， 以备使用；所述的Na2Si03溶液的配制工艺是根据体积总量称取2 6 g/L分析 纯用Na2Si03. 3H20，倒入盛有10 30倍质量自来水的烧杯中，用玻璃棒充分搅 拌至Na2Si03. 3H20完全溶解，以备使用。
7、 根据权利要求1所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是所述的量取 浓HC1，先后加入已配制好的稀土盐溶液是指根据体积总量按5 15ml/L用 移液管量取分析纯用浓HC1，先后慢慢加入溶解完全的稀土盐溶液中，边加入 边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀，以备使用。
8、 根据权利要求1所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是所述的K2S208溶液、Na2Si03溶液、H3BCV溶液倒入稀土盐与浓HC1的混合溶液时，边加入边用 玻璃棒搅拌，直至混合均匀，以备使用。
9、 根据权利要求1所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是所述的分析 纯用&02的体积总量为5 20ml/L，并用移液管量取，加入时，边加边用玻璃 棒搅拌，直至混合均匀。
10、 根据权利要求1所述的稀土盐钝化液制备方法，其特征是将溶液的 pH值至1.8 2.8是指以数字酸度计为工具，用稀HCl或稀NaOH调至。
全文摘要
一种清洁型稀土盐钝化液的制备方法，其特征是该工艺用于制备一种由稀土盐、K₂S₂O₈、Na₂SiO₃、H₃BO₃、H₂O₂、HCl和H₂O组成的水溶液。该钝化液的组成为稀土盐15～30g/L、K₂S₂O₈ 2～5g/L、Na₂SiO₃.3H₂O 2～6g/L、H₃BO₃ 2～6g/L、H₂O₂ 5～20ml/L、HCl 5～15ml/L、其余为H₂O，钝化液的pH值为1.8～2.8。该钝化液的配制顺序为首先分别配制稀土盐溶液、K₂S₂O₈、Na₂SiO₃及H₃BO₃溶液，再量取浓HCl，先后加入已配制好的稀土盐溶液中，然后与配制好的K₂S₂O₈、Na₂SiO₃及H₃BO₃溶液混合，再量取H₂O₂滴入稀土盐、浓HCl、K₂S₂O₈、Na₂SiO₃及H₃BO₃的混合溶液，并将溶液的pH值至1.8～2.8，最后定容至所需体积即可。该钝化液主要用于对电镀锌及锌铁合金的零部件进行后处理，以提高零部件的耐蚀性，属清洁环保、经济实用的无铬钝化技术，具有很重要的社会意义和应用价值。
文档编号C23C22/53GK101519776SQ20091009437
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者张英杰, 章江洪, 鹏 董, 帅 郑, 闫宇星 申请人:昆明理工大学