電鍍鋅無鉻鈍化液研制

楊秀燕（山西省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 山西太原 030002）

電鍍鋅無鉻鈍化液研制

楊秀燕（山西省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 山西太原 030002）

傳統(tǒng)的電鍍鋅鉻酸鹽鈍化處理液污染環(huán)境和危害人體健康。本試驗(yàn)研制的硅酸鹽（Na2SiO3）鈍化液無毒無污染，具有良好的使用穩(wěn)定性，在3%的鹽水中能耐蝕120h以上。

硅酸鹽鈍化的最佳鈍化液組成為：Na2SiO3·9H2O 15g/L，98%H2SO4 4.0ml/L,30%H2O2 10ml/L，添加劑 3g/L，硝酸調(diào)PH至2.5。工藝條件：鈍化溫度15-40℃，鈍化時間60-90s。

鍍鋅層；硅酸鹽鈍化；耐蝕性

1、前言

幾乎所有的電鍍鋅工件、熱鍍鋅鋼板都要進(jìn)行鈍化處理。而目前大多企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的鉻酸鹽鈍化。但六價鉻毒性大,在鈍化處理過程中產(chǎn)生的酸霧及生產(chǎn)過程中排放的廢水甚至鈍化過的水管等產(chǎn)品,都會對人和環(huán)境造成嚴(yán)重危害。隨著人們環(huán)境意識的增強(qiáng)，世界各國對鉻酸鹽使用和廢水排放的限制已日趨嚴(yán)格。歐盟頒布的ROHS指令指出，自2006年7月1日起，投放歐盟市場的電器電子產(chǎn)品不得含有汞、鎘、鉛、六價鉻、聚溴聯(lián)苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)6種有害物質(zhì)。因此未來鍍鋅產(chǎn)品的無鉻鈍化勢在必行。

在各種無鉻鈍化工藝的研究中，由于硅酸鹽具有無毒無污染、價格低等優(yōu)點(diǎn)，該鈍化技術(shù)正逐漸成熟起來成為無鉻鈍化工藝研究的焦點(diǎn)。

本試驗(yàn)也在硅酸鹽鈍化方面進(jìn)行了研究，研制的硅酸鹽（Na2SiO3）鈍化液具有良好的使用穩(wěn)定性，在3%的鹽水中能耐蝕120h以上。

2、實(shí)驗(yàn)部分

2.1、儀器與藥品

儀器：玻璃電鍍槽；直流穩(wěn)壓電源；直徑3.5cm的A3鋼片；數(shù)字酸度計；電子天平；恒溫水浴鍋；真空抽濾機(jī)。

藥品：氯化鉀；氯化鋅；硼酸；光亮劑；柔軟劑；硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O）；硫酸；硝酸；磷酸；30%雙氧水；硫酸錳；添加劑。

2.2、電鍍鋅板的制備

2.2.1 鍍鋅溶液的配制

用1L去離子水分別溶解200g氯化鉀、70g氯化鋅、35g硼酸，其中硼酸要在水浴中加熱溶解。

(1)將三種溶液倒在一起，用玻璃棒不斷攪拌，直至完全溶解、靜置。

(2)用真空抽濾機(jī)過濾雜質(zhì)。

(3)將過濾后的電鍍液倒入電鍍槽，量取20ml柔軟劑、2ml光亮劑倒入，并攪拌。

2.2.2 電鍍鋅工藝步驟

（1）試片打磨→水洗→除油→水洗→除銹→水洗→電鍍→水洗。

（2）電鍍時注意調(diào)節(jié)電流電壓，以鋅片為陽極，直徑為3.5cm的小圓鋼材作為陰極電鍍10min。

2.3、硅酸鹽無鉻鈍化液配方及工藝如下：

Na2SiO3·9H2O215g/L

98%H2SO44.0ml/L

2mol/LHNO35ml/L

30%H2O210ml/L

添加劑3.0g/L

鈍化溫度 常溫

pH 值 2.0～2.8

鈍化時間約90s

工藝過程：電鍍鋅→水洗→去離子水洗→鈍化→去離子水洗→熱風(fēng)吹干

鈍化液配制步驟：先將硅酸鈉加入水中，充分?jǐn)嚢枞芙?。然后慢慢滴加已稀釋的硫酸溶液，再加入硝酸，調(diào)節(jié)pH值。再加入添加劑，最后加過氧化氫。(注：如果加入次序顛倒或不注意稀釋，都將可能使溶液成為凝膠狀)。

該鈍化后的鍍鋅鋼片在3%的鹽水中抗白銹能力能達(dá)到120h左右。可以達(dá)到企業(yè)對電鍍鋅工件耐蝕性的要求。

3、影響因素

3.1、硅酸鈉的用量

鈍化液中硅酸鈉濃度較低時，溶液中SiO32-濃度較低，鈍化膜成膜速度慢，鈍化膜薄，耐蝕性較低;當(dāng)硅酸鈉濃度過高時，溶液中的SiO32-離子濃度大，成膜速度過快，鈍化膜色澤較差且不均勻，耐蝕性降低。因此，鈍化液中硅酸鈉最佳用量為15g/L。

3.2、H2S O4濃度的影響

適量H2SO4是鈍化液中不可缺少的必要成分，而硫酸是為了提高溶液的酸度，使鍍層微量溶解，產(chǎn)生足夠的金屬離子，有利于成膜過程，其在成膜過程中起著重要的促進(jìn)作用，無SO42-時鈍化膜難以形成。適量的H2SO4使得成膜速度加快，膜層均勻，外觀光亮呈淡藍(lán)色，耐蝕性好;而過量H2SO4加速膜的溶解，膜層不均勻，色澤較差。綜合考慮H2SO4對鈍化膜耐蝕性及外觀影響，鈍化液中98%H2SO4用量為4.0ml/L。

3.3、H N O3濃度的影響

HNO3在鈍化液中的作用是出光，溶解鋅層，并使溶解的Zn2+與SiO32-發(fā)生化學(xué)結(jié)合反應(yīng)形成鈍化膜層。試驗(yàn)表明，鈍化液中加入適量的HNO3能改善膜層的質(zhì)量，使膜層光亮;含量過低，其作用不明顯;含量過高，會加速膜溶解速度，導(dǎo)致膜層不均勻，使鈍化膜耐蝕性降低。鈍化液中HNO3的最佳用量為5ml/L。

3.4、H2O2濃度的影響

H2O2是強(qiáng)氧化劑，是鈍化液中主要成分之一。它的加入為鈍化膜成膜過程提供充分的[O]，使成膜時間縮短，成膜效率提高。試驗(yàn)證明，加入適量的H2O2可使鈍化膜耐蝕性增高，但H2O2的濃度不能過高，過高會使成膜速度過快導(dǎo)致鈍化膜不均勻，耐蝕性下降且鈍化膜表面容易出現(xiàn)白色霧狀物質(zhì)，外觀較差。綜合考慮H2O2對鈍化膜外觀質(zhì)量影響等因素，確定硅酸鹽鈍化液中H2O2最佳用量為10ml/L。

3.5、添加劑濃度的影響

本試驗(yàn)中，添加劑的加入對鈍化液有兩方面作用，它一方面能活化被鈍化金屬表面，使鈍化膜與基體結(jié)合緊密,另一方面，還起到穩(wěn)定鈍化液pH值的作用。鈍化液中添加劑的最佳用量為3g/L。

3.6、鈍化液p H值的影響

鈍化液pH值對硅酸鹽鈍化膜的成膜速度及耐蝕性的影響比較大。試驗(yàn)結(jié)果表明，鈍化液pH值在2.0～2.8之間時鈍化膜耐蝕性較好。

3.7、鈍化時間的影響

鈍化時間太短會使鈍化成膜不完全，膜層較薄;隨鈍化時間的延長，鈍化膜層會逐漸生長增厚;但時間過長鈍化膜厚度過厚，使鈍化膜與鍍層的結(jié)合力下降，而且會造成鈍化膜的重新溶解，使膜層不均勻，導(dǎo)致耐蝕性降低。在90s時膜層形成的厚度比較厚，且均勻致密，耐蝕性也最好。當(dāng)浸漬時間超過90s時，由于浸漬時間過長，形成的鈍化膜厚度過厚，致使疏松乃至重新溶解，因此，鈍化效果逐漸變差，耐蝕性也大為降低。由試驗(yàn)結(jié)果可知，最佳鈍化處理時間為90s左右。

4、結(jié)論

本課題研究了電鍍鋅硅酸鹽鈍化配方及工藝，探討了不同工藝條件對鈍化膜耐蝕性能的影響，結(jié)果表明，硅酸鹽鈍化膜的耐蝕性能夠達(dá)到企業(yè)要求，還略高于低鉻酸鹽鈍化膜的耐蝕性，鈍化液穩(wěn)定性較好，便于維護(hù)。然而，本試驗(yàn)對于硅酸鹽鈍化工藝的研究還不盡完善，與低鉻酸鹽鈍化相比，從鈍化膜的自修復(fù)性能及成膜速度方面來看，尚有一定差距，應(yīng)作為今后完善工藝的主要研究方向。

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楊秀燕，女，1985年出生，中共黨員，中北大學(xué)畢業(yè)，學(xué)歷本科，初級工程師，現(xiàn)就職山西省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，從事實(shí)驗(yàn)室工作。