一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺的制作方法

专利名称：一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及属钢铁材料表面处理技术领域，具体地说是一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺。
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。
电镀锌及热镀锌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，须在钢铁零部件电镀锌或热镀锌后对镀层进行钝化处理，在镀锌层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。
目前几乎所有的镀锌钢铁零部件后处理工艺都采用六价铬或三价铬钝化处理。由于六价铬毒性高且易致癌，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污染性小得多，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技术正面临严峻挑战，寻求和采用符合环保要求的无铬钝化技术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工艺的研究主要有钼酸盐钝化、钛盐钝化、稀土金属钝化、硅酸盐钝化、植酸钝化和有机物钝化等，但至今还没有一种无铬钝化工艺可以在生产上完全取代传统含铬钝化工艺。钼酸盐钝化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。钛盐钝化耐蚀性好，但成本太高，而且成膜效率需要进一步提高。稀土钝化耐蚀性好，但效率太低， 一般要钝化1~2天才能达到0性能要求，而含铬钝化只需5~30秒。植酸和有机物钝化环保性好，无重金属离子处理问题，但是光亮性和耐腐蚀性较差，成本高，维护困难。硅酸盐钝化清洁环保，耐蚀性好，成本低，效率高，是最有应用前景的无铬钝化技术，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
本发明的目的是克服现有钝化技术的不足，提供一种无铬、无公害、所处理产品外观及性能优良、生产成本低、效率高，可满足电镀锌及热镀锌钢铁零部件彩色钝化要求的硅酸盐彩色钝化工艺。
本发明通过优化钝化液的组成及其配比，经钝化后的镀锌零部件其外观呈现出红、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，中性盐雾试验(NSS，GB/T 10125-1997)出锈时间可达到80~120小时，在外观和性能方面均可达到传统含铬彩色钝化工艺的效果，在成本和效率方面也容易为生产接受，是一种极具应用前景的无公害钝化技术。
本发明硅酸盐彩色钝化工艺是对经过电镀或热镀锌的钢铁零部件用水清洗后，进行出光处理，然后取出零件进行水洗，再将零件浸入含有硅酸盐和其它辅助成膜物质的钝化液中，进行浸泡钝化处理，最后将经过钝化的零部件取出，用水清洗后干燥即可。
具体为先对经过电镀或热镀锌的钢铁零部件用水清洗，接着进行出光处理，然后取出零件进行水洗，再将零件浸入含有硅酸盐及其它辅助成膜物质的钝化液中，室温下浸泡5~30秒钝化处理，最后将经过钝化的零部件取出，用水清洗后干燥即可；含有硅酸盐及其它辅助成膜物质的钝化液由硅酸钠3~10 g/L、硼酸1~3 g/L、 30% H2O220~30 mL/L、 65%HN033~5 mL/L、 98% H2S043~5 mL/L、 KMnO40.1~0.5 g/L、 NaAc 1~3 g/L和H20组成，钝化液的pH值为0.5~1.0 (按照普通方法用稀H2S04或稀NaOH溶液调整)。钝化液配制步骤如下
(1) 先根据体积总量称取3 10g/L分析纯用硅酸钠，倒入盛有1/5~1/4体积总量的水中，用玻璃棒或其它耐酸碱的物体充分搅拌至硅酸钠完全溶解，得到硅酸钠水溶液；
(2) 根据体积总量按3 5mL/L量取分析纯用浓H2S04 (98%)，慢慢加入溶解完全的硅酸钠溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；
(3) 再根据体积总量按3~5 mL/L量取分析纯用浓HN03 (65%)，慢慢加入硅酸钠和浓H2S04的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；
(4) 根据体积总量称取1 3 g/L分析纯用硼酸，倒入盛有1/5~1/4体积总量的水中，用玻璃棒或其它耐酸碱的物体充分搅拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液，再加入到硅酸钠与浓HN03和浓H2S04的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(5) 再根据体积总量按20~30 mL/L量取分析纯用H202 (30%)，加入到已配制好的硅酸钠、浓HN03、浓H2S04和硼酸的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；
(6) 再根据体积总量称取0.1 0.5g/L分析纯用KMnO4,然后加入到已配制好的硅酸钠、硼酸、浓HN03、浓H2S04和&02的混合溶液中，边加边搅拌，直至KMn04溶解完全并混合均匀；
(7) 再根据体积总量称取1 3 g/L分析纯用NaAc，然后加入到己配制好的硅酸钠、硼酸、浓HN03、浓H2S04、 H202和KMn04的混合溶液中，边加边搅拌，直至NaAc溶解完全并混合均匀，然后用水定容到所需体积；
(8) 最后以数字酸度计为工具，用稀H2S04或稀NaOH溶液把已配制好的硅酸盐钝化液pH值调至0.5-1.0即可。
本发明对钢铁零部件的前期电镀锌或热镀锌过程均采用生产中现有的成熟工艺。出光工序也比较简单，将镀锌零部件放入由HN03和H20组成的出光液中，室温下浸泡3 5秒后取出，出光液中各组成物质及其含量为HN03 5~15 mL/L、其余为H20。经镀锌、出光和钝化后镀锌零部件的清洗方式可以是用自来水冲洗，也可以是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。经钝化后的镀锌零部件其干燥方式可以是自然晾干，也可以是用吹风机吹干，还可以是用烤箱烘干。
本发明整个工艺过程均在室温下进行，出光液和钝化液中各组成物含量以及操作条件可以根据实际需要在给定范围内选择，各个工艺过程中所使用的水可以是城市自来水，也可以是蒸馏水。
本发明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一种清洁型硅酸盐彩色钝化液，用于电镀锌及热镀锌钢铁零部件的后处理，可使镀锌零部件的外观呈现出红、蓝、黄、紫、绿等多种色彩均匀掺杂的良好视觉效果，同时显著提高镀锌零部件的耐蚀性，盐雾试验出锈时间达到80~120小时，经该清洁型硅酸盐彩色钝化工艺处理的镀锌零部件在外观和性能方面均可达到传统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，克服了传统含铬钝化工艺不环保的缺点，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技术，可实现电镀锌及热镀锌钝化工序的清洁生产;同时，廉价的硅酸盐及其它辅助成膜物质又使钝化成本大大降低。该钝化工艺稳定可靠，生产效率高，完全可以取代传统含铬彩色钝化工艺，可创造明显的社会、经济效益。


附图为本发明工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明的实质作进一步说明。
实施例l:该钝化工艺用于酸性电镀锌钢板的钝化处理。
' 将80 mmx40 mm".5 mm的低碳钢板在进行电镀之前进行除锈、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及操作条件为ZnCl2 50g/L、 KC1200 g/L 、氯锌1号添加剂12 mL/L、氯锌2号添加剂5 mL/L、镀液的pH值保持在6.0左右， 电流密度为1.0A/dm2，温度为室温，电镀时间为25分钟。 配制出光液由HN03 (65%) 10mL/L和H2O组成的；
配制钝化液原料由硅酸钠5g/L、硼酸2g/L、 H202 (30%) 25 mL/L、 HN03 (65%) 3mL/L、 H2S04 (98%) 5 mL/L、 KMn04 0.3 g/L、 NaAc 2 g/L和H20组成；配制步骤如 下(1)先根据体积总量称取3 10 g/L分析纯用硅酸钠，倒入盛有1/5 1/4体积总量的水 中，用玻璃棒或其它耐酸碱的物体充分搅拌至硅酸钠完全溶解，得到硅酸钠水溶液；(2) 根据体积总量按3 5 mL/L量取分析纯用浓H2S04，慢慢加入溶解完全的硅酸钠溶液中， 边加边搅拌，直至混合均匀；(3)再根据体积总量按3 5mL/L量取分析纯用浓HN03，慢 慢加入硅酸钠和浓H2S04的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(4)根据体积总量 称取l 3g/L分析纯用硼酸，倒入盛有1/5~1/4体积总量的水中，用玻璃棒或其它耐酸碱的 物体充分搅拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液，再加入到硅酸钠与浓HN03和浓H2S04 的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(5)再根据体积总量按20-30 mL/L量取分
析纯用11202，加入到已配制好的硅酸钠、浓HN03、浓H2S04和硼酸的混合溶液中，边加
边搅拌，直至混合均匀；(6)再根据体积总量称取0.1-0.5 g/L分析纯用KMn04，然后加
入到已配制好的硅酸钠、硼酸、浓HN03、浓H2S04和H202的混合溶液中，边加边搅拌，
直至KMn04溶解完全并混合均匀；(7)再根据体积总量称取l-3 g/L分析纯用NaAc，然 后加入到已配制好的硅酸钠、硼酸、浓HN03、浓H2S04、 H202和KMn04的混合溶液中， 边加边搅拌，直至NaAc溶解完全并混合均匀，然后用水定容到所需体积；(8)最后以数 字酸度计为工具，用稀H2S04或稀NaOH溶液把已配制好的硅酸盐钝化液pH值调至1.0。 将电镀锌后的钢板用自来水清洗干净，然后浸入出光液，室温下停留5秒，取出后用
6自来水清洗干净，再浸入钝化液中，室温下浸泡20秒，然后取出该镀锌钢板，经自来水 清洗干净后用吹风机吹干。
使用本钝化工艺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:该钝化工艺用于热镀锌钢板的钝化处理。
将100 mmx60 mmx2 mm的Q235钢板在进行热镀之前进行除锈、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450"C，浸镀时间为l分钟， 锌层凝固后进行水冷。
配制出光液由朋03 (65%) 15mL/L和H20组成出光液；
配制钝化液原料由硅酸钠10g/L、硼酸3 g/L 、 H202 (30%) 30mL/L、 HN03 (65%)
4 mL/L、 H2S04 (98%) 4 mL/L、 KMn04 0.5 g/L、 NaAc 1 g/L和H20组成，配制方法与 实施例1相同，用稀H2S04或稀NaOH溶液将钝化液的pH值调至0.8。
将热镀锌后的钢板浸入出光液中，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80。C下烘干。
使用本钝化工艺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:该钝化工艺用于对某机器钢制外壳进行碱性电镀锌后的钝化处理。
在进行钝化之前，将某机器钢制外壳经前处理(除锈、除油、弱浸蚀、预浸等)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、 DPE-1添加剂5 mL/L、电流密度2.5A/dm2、温度为室温，电镀时间为30分钟。
配制出光液由HN03 (65%) 5 mL/L和H20组成出光液；
配制钝化液原料由硅酸钠8g/L、硼酸2g/L、 H202 (30%) 20 mL/L、 HN03 (65%)
5 mL/L、 H2S04 (98%) 3 mL/L、 KMn04 0.2 g/L、 NaAc 3 g/L和H20组成，配制方法与实 施例1相同，用稀H2S04或稀NaOH溶液将钝化液的pH值调至0.6。,
将电镀后的某机器钢制外壳取出，经自来水清洗后先放入出光液中，室温下浸泡5秒， 取出后用自来水冲洗，再放入钝化液中，室温下浸泡10秒，然后取出该镀锌钢壳，经自 来水清洗干净后自然晾干。
使用本钝化液进行处理后的锌镀钢制外壳，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、一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺，其特征是该工艺流程为先对经过电镀或热镀锌的钢铁零部件用水清洗，接着进行出光处理，然后取出零件进行水洗，再将零件浸入含有硅酸盐及其它辅助成膜物质的钝化液中，室温下浸泡5~30秒钝化处理，最后将经过钝化的零部件取出，用水清洗后干燥即可；含有硅酸盐及其它辅助成膜物质的钝化液由硅酸钠3~10g/L、硼酸1~3g/L、30％H2O220~30mL/L、65％HNO33~5mL/L、98％H2SO43~5mL/L、KMnO40.1~0.5g/L、NaAc1~3g/L和H2O组成，钝化液的pH值为0.5~1.0。
2、 根据权利要求1所述的清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺，其特征是出光工序为 将电镀锌或热镀锌后的零部件浸入由65%HN03 5~15 mL/L、其余为H20组成的出光液中，室 温下浸泡3 5秒，然后取出镀锌零部件。
3、 根据权利要求1所述的清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺，其特征是钝化液配制 步骤如下(1) 先根据体积总量称取3~10 g/L分析纯用硅酸钠，倒入盛有1/5 1/4体积总量的 水中，用玻璃棒或其它耐酸碱的物体充分搅拌至硅酸钠完全溶解，得到硅酸钠水溶液；(2) 根据体积总量按3、mL/L量取分析纯用浓H2S04，慢慢加入溶解完全的硅酸钠溶 液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(3) 再根据体积总量按3~5 mL/L量取分析纯用浓HN03，慢慢加入硅酸钠和浓H2S04 的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(4) 根据体积总量称取广3 g/L分析纯用硼酸，倒入盛有l/5 l/4体积总量的水中， 用玻璃棒或其它耐酸碱的物体充分搅拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液，再加入到硅酸 钠与浓HN03和浓H2S04的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(5) 再根据体积总量按20 30 mL/L量取分析纯用H202，加入到巳配制好的硅酸钠、 浓丽03、浓H2S04和硼酸的混合溶液中，边加边搅拌，直至混合均匀；(6) 再根据体积总量称取0. 1 0. 5 g/L分析纯用KMrA，然后加入到已配制好的硅酸 钠、硼酸、浓HN0s、浓1^04和仏02的混合溶液中，边加边搅拌，直至KMn04溶解完全并混 合均匀；(7) 再根据体积总量称取1 3 g/L分析纯用NaAc，然后加入到已配制好的硅酸钠、 硼酸、浓刚03、浓H2S(X、 HA和KMn04的混合溶液中，边加边搅拌，直至NaAc溶解完全并 混合均匀，然后用水定容到所需体积；(8) 最后以数字酸度计为工具，用稀H2S04或稀NaOH溶液把已配制好的硅酸盐钝化液 pH值调至O. 5 1.0即可。
全文摘要
本发明涉及一种清洁型镀锌件硅酸盐彩色钝化工艺。用于钢铁零部件电镀锌或热镀锌的后处理工序。工艺流程为先将电镀锌或热镀锌后的钢铁零部件用水清洗干净，浸入出光液中进行3～5秒出光处理，取出后水洗干净，再放入钝化液中室温下浸泡钝化5～30秒，然后取出零件水洗干净后干燥即可。出光液组成为HNO₃(65％)5～15mL/L，其余为H₂O。钝化液组成为硅酸钠3～10g/L、硼酸1～3g/L、H₂O₂(30％)20～30mL/L、HNO₃(65％)3～5mL/L、H₂SO₄(98％)3～5mL/L、KMnO₄ 0.1～0.5g/L、NaAc 1～3g/L，其余为H₂O，钝化液pH值控制在0.5～1.0之间。经本钝化工艺处理后的镀锌零部件呈现出彩色外观，耐蚀性能优良，中性盐雾试验出锈时间可达到80～120小时，清洁环保。
文档编号C23C22/53GK101580935SQ20091009464
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者刘晓晶, 鹏 李, 范云鹰, 陈冬华, 鲁文良 申请人:昆明理工大学