专利名称：一种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅酸盐黑色钝化液，用于电镀锌的钝化处理，属金属材料表面处理领域。
背景技术：
腐蚀与防腐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。电镀锌是提高钢铁零件抗腐蚀能力的有效途径，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，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即白锈；时间长了会后将出现红锈，从而失去防腐效果。为了提高 镀层的耐蚀性，须在钢铁零部件电镀锌零件浸入钝化液进行钝化处理，在镀锌层的表面形成致密的钝化膜，从而进一步提高零部件的耐蚀性，延长钢铁零部件的使用寿命。目前镀锌钝化工艺在生产中所使用的钝化液几乎都含有六价铬或三价铬。由于六价铬毒性高且易致癌。各国政府已经严格控制限量使用和排放，尤其是在欧盟国家已指令中明确禁止使用任何经含有六价铬钝化液处理的零件和产品；三价铬钝化液尽管比六价铬污染小得多，但是经三价铬钝化的镀锌零部件经过一段时间后仍存在氧化成六价铬的现象，仍没有真正实现清洁环保，所以很多国家和地区也开始限制使用三价铬钝化工艺。因此传统的含铬钝化液产品正面临严峻挑战，而开始和制备符合环境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钥酸盐体系,钛盐体系,稀土体系,硅酸盐体系,植酸体系和有机物体系等均为彩色钝化,而硅酸盐黑色钝化体系目前还没有一种无铬钝化体系可以再生产上完全取代传统铬钝化液。钥酸盐钝化液可以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，而且钥和铬同族，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，而含铬钝化只需要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，但成膜光亮性和耐蚀性较差，成本高，维护困难。硅酸盐黑色钝化液清洁环保，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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有含铬钝化液的不足，提供一种无铬，无公害，且所处理的材料外观及性能优良，成本低，效率高，可满足电镀锌材料黑色钝化要求的硅酸盐黑色钝化液广品。本发明通过下列技术方案完成一种镀锌件硅酸盐黑色钝化液，其特征在于经过下列市购药品得到
硅酸钠30 50g/L
磷酸20 40mL/L硫酸铵10 30g/L
硝酸5 10mL/L
其余为水。
其配置方法如下
A、取下列市够的工业原料产品硅酸钠，磷酸，硫酸铵，硝酸；
B、将硅酸钠加入占体积总量60%的水中，并搅拌使硅酸钠完全溶解于水中，得到硅酸钠水溶液；
C、将磷酸加入B步骤的硅酸钠水溶液中，混合均匀，得混合液
D、将硫酸铵加入C步骤的混合溶液中，搅拌溶解混合均匀，的混合液；
E、在G步骤的混合溶液中加入定容至所需体积，调整PH值至2.O 2. 5，即得所述H步骤的硅酸盐黑色钝化液的PH值按常规方法用硝酸调整至2. O 2. 5左右。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(I)这种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液具有环保性。它不含重金属离子，钝化水洗的废水处理过程简单，只需简单的酸碱中和，另外对操作人员无任何身体危害；(2)这种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液钝化产品具有较好的黑色外观。以硅酸钠作为主要成分，是钝化产品黑色外观的成膜物质，并配以磷酸，硫酸铵，硝酸等辅助成膜物质，制备成硅酸盐黑色钝化液，能形成黑色、油亮、均匀的外观；(3)这种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液钝化产品具有耐蚀性好。用于电镀锌的后序钝化处理，在镀锌材料的镀层表面形成一层均匀，致密的黑色钝化膜，显著提高了电镀锌材料的耐蚀性，经盐雾试验，除锈时间较长；(4)这种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液具有效率高、成本低。所用物料均为市购药品，且钝化效率高，钝化时间均为20S左右。这种环保性镀锌用钝化液在外观和性能方面可达到现有含铬黑色钝化工艺的效果均采用上述方案。钝化液各组分作用及用途其中磷酸一磷化作用存在，保证了钝化膜被磷化后容易被黑色发黑剂发黑，保证了黑色庄重的钝化外观硫酸铵作为辅助硅酸盐发黑的物质，起到发黑成膜的作用硝酸起到加快反应速率，即提高钝化膜迅速生成，提高生产效率。另外由于本发明制备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，经简单处理后的废水完全符合我国国家污水中和排放标准(GB8978-1996)和欧盟PoHS指令等环保标准，是一种真正意义上的无公害钝化液制备工艺，可实现电镀锌钝化工序的清洁生产，同时，廉价的硅酸盐及其它工业级辅助成膜物质又是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黑色钝化液，在成本和钝化效率方面也容易为生产企业所接受，因此发明是一种极具应用前景的无公害钝化工艺。
具体实施方案下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1 :制备IL环保型镀锌黑色钝化液，并用于酸性镀锌钝化处理。(I)按照下列配方备料娃酸钠30g/L、磷酸20mL/L、硫酸铵10g/L、硝酸5mL/L、其余为水；(2)以配制IL硅酸盐黑色钝化液计，则经过下列步骤
a)用天平称取分析纯硅酸钠30g，倒入盛有O.6L蒸馏水的烧杯中，并用玻棒搅拌至完全溶解，的硅酸钠水溶液；
b)用刻度吸管取20mL工业级磷酸，慢慢加入I)的硅酸钠溶液中，边加边用玻璃棒搅拌，直至混合均匀；
c)用天平按IOg称取工业级硫酸铵，倒入2)的硅酸盐和磷酸的混合溶液中，用波棒搅拌至完全溶解，直至混合均匀；
d)用自来水将上述混合溶液定容到1L，得到硅酸钠30g/L、磷酸20mL/L、硫酸铵10g/L、硝酸5mL/L、其余为水的娃酸盐黑色钝化液；
e)最后以数字酸度计为工具,用硝酸或氢氧化钠溶液把上述娃酸盐钝化液PH值调至 2.O左右，从而完成清洁型硅酸盐钝化液的制备。该钝化液用于酸性电镀锌板的钝化处理。将10mm*20mm*l. Omm的低碳钢板在进行电镀前进行除锈，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条件为氯化锌50 g/L,氯化钾200 g/L,添加剂适量，毒液的PH值保持在5. 4左右，电流密度1. 5A/dm2，温度为室温，电镀时间25分钟。配制硝酸10mL/L和水组成的出光液，然后将电镀后的钢板取出，经过清洗后先放入出光液，室温下停留5秒，取出后用自来水冲洗，再放入已配制好的钝化液中，室温下钝化15秒，然后取出镀锌钢板，经自来水清洗干净后封闭处理，自感晾干。使用本钝化液处理后的钢板外观均匀，黑色，光亮，经中性盐雾试验出白锈时间为60小时。实施例2:制备5L环保型镀锌黑色钝化液，并用于酸性镀锌钝化处理。(I)按照下列配方备料硅酸钠40g/L、磷酸30mL/L、硫酸铵20g/L、硝酸8mL/L、其余为水；
(2)以配制5L硅酸盐黑色钝化液计，则经过下列步骤
a)用天平先按200g称取分析纯硅酸钠，倒入盛有3L蒸馏水的烧杯中，并用玻棒搅拌至完全溶解，的硅酸钠水溶液；
b)用量杯量取150mL工业级磷酸，慢慢加入I)的硅酸钠溶液中，边加边用玻璃棒搅拌，直至混合均勻；
c)用天平按100g称取工业级硫酸铵，倒入2)的硅酸盐和磷酸的混合溶液中，用波棒搅拌至完全溶解，直至混合均勻；
d)用自来水将上述混合溶液定容到5L，得到硅酸钠40g/L、磷酸30mL/L、硫酸铵20g/L、硝酸8mL/L、其余为水的娃酸盐黑色钝化液；
e)最后以数字酸度计为工具,用硝酸把上述娃酸盐钝化液PH值调至2.5,从而完成清洁型硅酸盐度那话也得配制。该钝化液用于热镀锌板的钝化处理。将20mm*40mm*l. Omm的钢板在进行电镀前进行除锈，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条件为氯化锌50 g/L,氯化钾200 g/L,添加剂适量，毒液的PH值保持在5. 4左右，电流密度1. 5A/dm2，温度为室温，电镀时间25分钟。配制硝酸15 mL/L和水组成的出光液，然后将电镀后的钢板取出，经过清洗后先放入出光液，室温下停留5秒，取出后用自来水冲洗，再放入已配制好的钝化液中，室温下钝化15-25秒，然后取出镀锌钢板，经自来水清洗干净后封闭处理后60°C烘干。使用本钝化液处理后的钢板外观均匀，黑色，光亮，经中性盐雾试验出白锈时间为80小时。
实施例3:制备IOL环保型镀锌黑色钝化液，并用于酸性镀锌钝化处理。(I)按照下列配方备料娃酸钠50g/L、磷酸40mL/L、硫酸铵30g/L、硝酸IOmL/L、其余为水；
(2)以配制IOL硅酸盐黑色钝化液计，则经过下列步骤 a)用天平先按IOOg称取分析纯硅酸钠，倒入盛有6L蒸馏水的塑料桶中，并用木棒搅拌至完全溶解，的硅酸钠水溶液；
b)用量杯量取400 mL工业级磷酸，慢慢加入I)的硅酸钠溶液中，边加边用模木棒搅拌，直至混合均匀；
c)用天平按30g/L称取工业级硫酸铵300g，倒入2)的硅酸盐和磷酸的混合溶液中，用波棒搅拌至完全溶解，直至混合均勻；
d)用自来水将上述混合溶液定容到10L，得到硅酸钠50g/L、磷酸40mL/L、硫酸铵30g/L、硝酸10mL/L、其余为水的娃酸盐黑色钝化液；
e)最后以数字酸度计为工具，用硝酸把上述娃酸盐钝化液PH值调至2.O,从而完成清洁型硅酸盐度那话也得配制。该钝化液用于碱性镀锌板的钝化处理。将30mm*50mm*l. Omm的钢板在进行电镀前进行除锈，除油，活化等前处理后，镀锌工艺的镀液组成及操作条件为氧化锌10g/L,氢氧化钠120g/L，，添加剂适量，电流密度2. 5A/dm2，温度为室温，电镀时间为30分钟。配制硝酸5 mL/L和水组成的出光液，然后将电镀后的钢板取出，经过清洗后先放入出光液，室温下停留5秒，取出后用自来水冲洗，再放入已配制好的钝化液中，室温下钝化20秒，然后取出镀锌钢板，经自来水清洗干净后封闭处理后60°C烘干。使用本钝化液处理后的钢板外观均匀，黑色，光亮，经中性盐雾试验出白锈时间超过80小时。
权利要求
1.一种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液，其特征在于由下列组分组成 硅酸盐30 50g/L磷酸20 40mL/L硫酸铵10 30g/L硝酸5 10mL/L其余为水。
2.如权利要求1所述的镀锌材料用硅酸盐黑色钝化液，其特征在于所述硅酸钠，磷酸，硫酸铵，硝酸为市购得化学纯产品。
3.如权利要求1和2所述的一种环保型镀锌金黑色钝化液，其特征在于所述硅酸盐为硅酸钠。
全文摘要
本发明“一种提供镀锌表面使用的新型无污染黑色钝化液”主要用于电镀基体镀锌表面的防腐的处理，即得到黑色均匀的钝化外观的同时提高金属的耐腐蚀性能。本发明技术方案包括(1)用无机原料硅酸盐代替铬盐，避免了重金属污染的问题，且对操作人员健康无任何危害性，严格避免了铬盐配制的钝化液对身体的危害；(2)此钝化液满足各种工艺的烘干条件和晾干方式，在一定程度上满足了电镀厂的各种操作条件，且在使用过程中容易补加，可根据消耗情况进行补加的同时提高反应速率；(3)此钝化液与现有技术的钝化液相比，钝化产品外观并没有差别，但废水处理过程简单，成本低，只需简单的酸碱中和即可完成，解决了铬盐钝化废水处理成本高，因此硅酸盐钝化液经济效益较好。
文档编号C23C22/08GK103014690SQ20121058809
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者姜慧芬, 胡红艳 申请人:云南滇科涂镀层材料有限公司