鍍鋅層三價鉻彩色鈍化的新工藝研究

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1、鍍鋅層三價鉻彩色鈍化的新工藝研究劉娜1。左正忠’．王小林2，王池2(1．武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院4300722．武漢風(fēng)帆電鍍技術(shù)有限公司430015)[摘要]本文介紹了一種新的鍍鋅彩色鈍化液，研究了各組成的作用及操作務(wù)件對鈍化膜外觀及耐蝕性的影響。結(jié)果表明，經(jīng)三價鉻鹽鈍化后的鋅層有艷麗的外觀和良好的耐蝕性能?！娟P(guān)鍵詞】鍍鋅i鈍化；三價鉻【中圖分類號]TQl53．1+5【文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1001—1560(2006)09-0096一04O前言鋅以價格低廉等優(yōu)點常被用作鋼鐵保護層，但是由于其化學(xué)性質(zhì)活潑而容易被腐蝕，故通

2、常需要對鍍鋅層進行鈍化處理?。六價鉻鈍化液操作簡單、成本低廉、控制簡便，并且所得到的鈍化膜有耐蝕性能好、外觀漂亮且有自修復(fù)能力等優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用””J。但是，六價鉻毒性大，對環(huán)境污染嚴(yán)重。因此需要尋找一種代替六價鉻鈍化的方法。目前，無鉻鈍化和三價鉻鈍化的研究應(yīng)用已經(jīng)取得了一些積極的進展。目前已經(jīng)研究的無鉻鈍化工藝有：無機物鈍化(包括Ti、V、Mo、W、Co、La、Ce、zr等的無機鹽／氧化物)、有機物鈍化等。無鉻鈍化對環(huán)保有利，但其工藝復(fù)雜、設(shè)備和生產(chǎn)成本的高投入及鈍化膜的綜合性能無法滿足目前的要求。三價鉻鈍化在許多方面

3、具有與六價鉻鈍化類似的性質(zhì)，毒性卻只有六價鉻的百分之一，因此是合適的替代品，得到了研究者的廣泛關(guān)注；但其鈍化膜的外觀及耐蝕性與六價鉻相比仍有一定差距，因此對于這種工藝的研究與改進具有重要的意義和很大的市場前景?；谏鲜稣J(rèn)識，我們研究了一種新的三價鉻鹽鈍化工藝，較好地解決了這些問題。1實驗部分1．1基本鈍化液的確定三價鉻鈍化液一般應(yīng)含有三價鉻鹽、絡(luò)合劑、氧化劑、表面活性劑以及其它一些能促進膜形成的金屬離子等。為了在耐蝕性上有進一步突破，我們在開始的實驗中選擇了如下基本鈍化液：鉻鹽：309／L硝酸鹽：80∥L有機酸：30∥L表面活性

4、劑：2—3e,／L加強金屬鹽：129／i緩蝕劑1：10·g／i緩蝕劑2：30mL／L1．2基本組成選擇的依據(jù)①三價鉻鹽可由硫酸鉻、硝酸鉻、氯化鉻、醋酸鉻等直接溶解而得，也可由還原六價化合物取得。筆者嘗試使用了硫酸鉻、氯化鉻及硝酸鉻，發(fā)現(xiàn)在該體系中使用固體狀的硫酸鉻所得膜層的耐蝕性比后兩者好，且膜的顏色也較深。大家都知道，在鉻酸鹽鈍化中，硫酸是鈍化膜成膜促進劑，也是鈍化膜層與鋅鍍層基體結(jié)合力的堅牢劑，同時還能降低鈍化溶液的pH值。而硫酸鹽除了不能調(diào)節(jié)pH值外，具有與硫酸同樣的效果。②考慮到H：O：的三大缺點(對環(huán)境及人體的危害性；

5、不穩(wěn)定易分解；強氧化性在pH值升高時易把cr(Ⅲ)氧化成cr(Ⅵ))，我們嘗試了其它一些氧化劑，并通過一系列選擇實驗，確定了硝酸鹽作為氧化劑。硝酸鹽對鋅也有化學(xué)拋光作用，將鋅層的微觀凸起部分優(yōu)先溶掉使鋅層平整，增加光澤。③我們選用了檸檬酸作為絡(luò)合劑，它可使cr(Ⅲ)形成動力學(xué)上不太穩(wěn)定的“cKⅢ)一配體一水”配體絡(luò)合物；還可調(diào)節(jié)鈍化液的酸度。④選用了～種高分子潤濕劑作為表面活性劑，有助于生成均勻的鈍化膜，且用量多少對膜的顏色I棗息繁0窟勤j}l々l*HtjqloS淳5☆邋蕊這毽逮互a．0詈cloA口。。H．d鑫{§l，《&§～t

6、§镕《《《≮《Ⅷ《镕《镕日Ⅻ§§《qdⅫg鍍鋅層三價鉻彩色鈍化的新工藝研究也有影響。⑤在三價鉻鈍化液中添加一些金屬離子，如鐵、鎳、鈷、鉬、鑭、鈰等，在不同的鈍化液中它們的作用也不同：有的參與膜的成色；有的起催化作用，可活化鈍化液和促進膜的生成；有的以增加鈍化膜的整體硬度等。只取前四種組分(①一④)配制成鈍化液時，鈍化膜顏色依然保持鮮艷，但耐蝕性較差。通過實驗，我們初步定下兩種金屬離子添加劑一鎳鹽和鈷鹽；至于最終是否確定鎳鹽，或鈷鹽，或兩者兼而有之，將通過以后的實驗來作出較為合適的選擇。此鈍化液的工藝條件為：pH值=1．5—2，T

7、=15℃一50℃，浸漬時間為50s一120s。鈍化膜為彩虹色，抗蝕性較好，但鈍化膜層有發(fā)霧現(xiàn)象。1．3鈍化膜發(fā)霧現(xiàn)象的解決在消除發(fā)霧現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)有較好的效果的有兩種物質(zhì)：HNO，和一種還原劑。HNO，具化學(xué)拋光作用，能將鋅層的微觀凸起部分優(yōu)先溶掉使鋅層平整，增加光澤且發(fā)霧現(xiàn)象明顯減輕。但若含量過低，作用不明顯；含量過高，鈍化層色彩變淡，也會加速膜的溶解。HNO，加入量為12—14mL／L較為合適。·經(jīng)過摸索，我們還確定了一種還原劑。它在T=15—60℃范圍內(nèi)均可消除膜的發(fā)霧現(xiàn)象；同時，作為一種較好的還原劑，它還可以有效地抑制

8、鈍化液中六價鉻化合物的生成。該還原劑合適的加人量為6一109／L，在此范圍內(nèi)，膜顏色不變且耐蝕性較好，加入量過多會使膜顏色變淡且耐蝕性降低。表1及圖1是該還原劑含量對鈍化膜外觀及耐蝕性的影響。表1還原劑含量對鈍化膜外觀爰耐蝕性影響(鈍化液：硫酸鉻309／L，硝酸