一種清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝的制作方法

專利名稱：一種清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬鋼鐵材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝。
背景技術(shù)：
腐蝕與防腐關(guān)系到經(jīng)濟發(fā)展和人民生命安全，表面工程技術(shù)是解決機械零部件及材料腐蝕與防護最經(jīng)濟有效的手段和方法。
電鍍鋅及熱鍍鋅是提高鋼鐵零件抗腐蝕能力的有效途徑，目前廣泛地應用于建筑、交通、機械、電子、航空等許多領(lǐng)域中。但在潮濕的環(huán)境中，尤其在濕熱環(huán)境中，鍍鋅層易發(fā)生腐蝕，使鍍層表面形成暗灰色或白色疏松的腐蝕產(chǎn)物——白銹；時間長了會出現(xiàn)紅銹，從而失去防腐效果。為了提高鍍層的耐蝕性，須在鋼鐵零部件電鍍鋅或熱鍍鋅后對鍍層進行鈍化處理，在鍍鋅層表面形成致密的鈍化膜，從而進一步提高零部件的耐蝕性，延長鋼鐵零部件的使用壽命。
目前幾乎所有的鍍鋅鋼鐵零部件后處理工藝都采用六價鉻或三價鉻鈍化處理。由于六價鉻毒性高且易致癌，各國政府已嚴格限制其使用和排放，尤其是在歐盟RoHS指令中明確禁止使用任何經(jīng)六價鉻鈍化技術(shù)處理的零件和產(chǎn)品；三價鉻鈍化工藝盡管比六價鉻污染性小得多，但是經(jīng)三價鉻鈍化的鍍鋅零部件經(jīng)過一段時間后仍存在氧化成六價鉻的現(xiàn)象，仍沒有真正實現(xiàn)清潔環(huán)保，所以很多國家和地區(qū)也開始限制使用三價鉻鈍化工藝。
因此傳統(tǒng)的含鉻鈍化技術(shù)正面臨嚴峻挑戰(zhàn)，尋求和采用符合環(huán)保要求的無鉻鈍化技術(shù)必然成為今后的發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)外對于鍍鋅層無鉻鈍化工藝的研究主要有鉬酸鹽鈍化、鈦鹽鈍化、稀土金屬鈍化、硅酸鹽鈍化、植酸鈍化和有機物鈍化等，但至今還沒有一種無鉻鈍化工藝可以在生產(chǎn)上完全取代傳統(tǒng)含鉻鈍化工藝。鉬酸鹽鈍化可形成多種顏色鈍化膜，但是耐蝕性差、效率低、成本高、維護困難，而且鉬與鉻同族，仍有污染問題。鈦鹽鈍化耐蝕性好，但成本太高，而且成膜效率需要進一步提高。稀土鈍化耐蝕性好，但效率太低， 一般要鈍化1~2天才能達到0性能要求，而含鉻鈍化只需5~30秒。植酸和有機物鈍化環(huán)保性好，無重金屬離子處理問題，但是光亮性和耐腐蝕性較差，成本高，維護困難。硅酸鹽鈍化清潔環(huán)保，耐蝕性好，成本低，效率高，是最有應用前景的無鉻鈍化技術(shù)，但是現(xiàn)有的研究表明硅酸鹽鈍化外觀主要呈現(xiàn)藍白色，還無法滿足鍍鋅零部件彩色鈍化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鈍化技術(shù)的不足，提供一種無鉻、無公害、所處理產(chǎn)品外觀及性能優(yōu)良、生產(chǎn)成本低、效率高，可滿足電鍍鋅及熱鍍鋅鋼鐵零部件彩色鈍化要求的硅酸鹽彩色鈍化工藝。
本發(fā)明通過優(yōu)化鈍化液的組成及其配比，經(jīng)鈍化后的鍍鋅零部件其外觀呈現(xiàn)出紅、藍、黃、紫、綠等多種色彩均勻摻雜的良好視覺效果，而且耐蝕性能優(yōu)良，中性鹽霧試驗(NSS，GB/T 10125-1997)出銹時間可達到80~120小時，在外觀和性能方面均可達到傳統(tǒng)含鉻彩色鈍化工藝的效果，在成本和效率方面也容易為生產(chǎn)接受，是一種極具應用前景的無公害鈍化技術(shù)。
本發(fā)明硅酸鹽彩色鈍化工藝是對經(jīng)過電鍍或熱鍍鋅的鋼鐵零部件用水清洗后，進行出光處理，然后取出零件進行水洗，再將零件浸入含有硅酸鹽和其它輔助成膜物質(zhì)的鈍化液中，進行浸泡鈍化處理，最后將經(jīng)過鈍化的零部件取出，用水清洗后干燥即可。
具體為先對經(jīng)過電鍍或熱鍍鋅的鋼鐵零部件用水清洗，接著進行出光處理，然后取出零件進行水洗，再將零件浸入含有硅酸鹽及其它輔助成膜物質(zhì)的鈍化液中，室溫下浸泡5~30秒鈍化處理，最后將經(jīng)過鈍化的零部件取出，用水清洗后干燥即可；含有硅酸鹽及其它輔助成膜物質(zhì)的鈍化液由硅酸鈉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組成，鈍化液的pH值為0.5~1.0 (按照普通方法用稀H2S04或稀NaOH溶液調(diào)整)。鈍化液配制步驟如下
(1) 先根據(jù)體積總量稱取3 10g/L分析純用硅酸鈉，倒入盛有1/5~1/4體積總量的水中，用玻璃棒或其它耐酸堿的物體充分攪拌至硅酸鈉完全溶解，得到硅酸鈉水溶液；
(2) 根據(jù)體積總量按3 5mL/L量取分析純用濃H2S04 (98%)，慢慢加入溶解完全的硅酸鈉溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；
(3) 再根據(jù)體積總量按3~5 mL/L量取分析純用濃HN03 (65%)，慢慢加入硅酸鈉和濃H2S04的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；
(4) 根據(jù)體積總量稱取1 3 g/L分析純用硼酸，倒入盛有1/5~1/4體積總量的水中，用玻璃棒或其它耐酸堿的物體充分攪拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液，再加入到硅酸鈉與濃HN03和濃H2S04的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(5) 再根據(jù)體積總量按20~30 mL/L量取分析純用H202 (30%)，加入到已配制好的硅酸鈉、濃HN03、濃H2S04和硼酸的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；
(6) 再根據(jù)體積總量稱取0.1 0.5g/L分析純用KMnO4,然后加入到已配制好的硅酸鈉、硼酸、濃HN03、濃H2S04和&02的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至KMn04溶解完全并混合均勻；
(7) 再根據(jù)體積總量稱取1 3 g/L分析純用NaAc，然后加入到己配制好的硅酸鈉、硼酸、濃HN03、濃H2S04、 H202和KMn04的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至NaAc溶解完全并混合均勻，然后用水定容到所需體積；
(8) 最后以數(shù)字酸度計為工具，用稀H2S04或稀NaOH溶液把已配制好的硅酸鹽鈍化液pH值調(diào)至0.5-1.0即可。
本發(fā)明對鋼鐵零部件的前期電鍍鋅或熱鍍鋅過程均采用生產(chǎn)中現(xiàn)有的成熟工藝。出光工序也比較簡單，將鍍鋅零部件放入由HN03和H20組成的出光液中，室溫下浸泡3 5秒后取出，出光液中各組成物質(zhì)及其含量為HN03 5~15 mL/L、其余為H20。經(jīng)鍍鋅、出光和鈍化后鍍鋅零部件的清洗方式可以是用自來水沖洗，也可以是在裝有清潔水的槽中或池中漂洗，直至將鍍件表面清洗干凈為宜。經(jīng)鈍化后的鍍鋅零部件其干燥方式可以是自然晾干，也可以是用吹風機吹干，還可以是用烤箱烘干。
本發(fā)明整個工藝過程均在室溫下進行，出光液和鈍化液中各組成物含量以及操作條件可以根據(jù)實際需要在給定范圍內(nèi)選擇，各個工藝過程中所使用的水可以是城市自來水，也可以是蒸餾水。
本發(fā)明以硅酸鈉作為主要成分，并配以硼酸、H202 、 HN03、 H2S04、 KMn04和NaAc等輔助成膜物質(zhì)配制一種清潔型硅酸鹽彩色鈍化液，用于電鍍鋅及熱鍍鋅鋼鐵零部件的后處理，可使鍍鋅零部件的外觀呈現(xiàn)出紅、藍、黃、紫、綠等多種色彩均勻摻雜的良好視覺效果，同時顯著提高鍍鋅零部件的耐蝕性，鹽霧試驗出銹時間達到80~120小時，經(jīng)該清潔型硅酸鹽彩色鈍化工藝處理的鍍鋅零部件在外觀和性能方面均可達到傳統(tǒng)含鉻彩色鈍化工藝的效果。另外，由于本發(fā)明的鈍化液中不含六價鉻和三價鉻，克服了傳統(tǒng)含鉻鈍化工藝不環(huán)保的缺點，而且也不含其它任何對人體和環(huán)境有害的Ag、 Cu、 Pb、 Ni等重金屬離子，完全符合我國國家污水綜合排放標準(GB 8978-1996)和歐盟RoHS指令等環(huán)保標準，是一種真正意義上的無公害鈍化技術(shù)，可實現(xiàn)電鍍鋅及熱鍍鋅鈍化工序的清潔生產(chǎn);同時，廉價的硅酸鹽及其它輔助成膜物質(zhì)又使鈍化成本大大降低。該鈍化工藝穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高，完全可以取代傳統(tǒng)含鉻彩色鈍化工藝，可創(chuàng)造明顯的社會、經(jīng)濟效益。


附圖為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實質(zhì)作進一步說明。
實施例l:該鈍化工藝用于酸性電鍍鋅鋼板的鈍化處理。
' 將80 mmx40 mm".5 mm的低碳鋼板在進行電鍍之前進行除銹、除油、活化等前處理 后，放入電鍍液中進行電鍍，鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件為ZnCl2 50g/L、 KC1200 g/L 、氯鋅1號添加劑12 mL/L、氯鋅2號添加劑5 mL/L、鍍液的pH值保持在6.0左右， 電流密度為1.0A/dm2，溫度為室溫，電鍍時間為25分鐘。 配制出光液由HN03 (65%) 10mL/L和H2O組成的；
配制鈍化液原料由硅酸鈉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組成；配制步驟如 下(1)先根據(jù)體積總量稱取3 10 g/L分析純用硅酸鈉，倒入盛有1/5 1/4體積總量的水 中，用玻璃棒或其它耐酸堿的物體充分攪拌至硅酸鈉完全溶解，得到硅酸鈉水溶液；(2) 根據(jù)體積總量按3 5 mL/L量取分析純用濃H2S04，慢慢加入溶解完全的硅酸鈉溶液中， 邊加邊攪拌，直至混合均勻；(3)再根據(jù)體積總量按3 5mL/L量取分析純用濃HN03，慢 慢加入硅酸鈉和濃H2S04的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(4)根據(jù)體積總量 稱取l 3g/L分析純用硼酸，倒入盛有1/5~1/4體積總量的水中，用玻璃棒或其它耐酸堿的 物體充分攪拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液，再加入到硅酸鈉與濃HN03和濃H2S04 的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(5)再根據(jù)體積總量按20-30 mL/L量取分
析純用11202，加入到已配制好的硅酸鈉、濃HN03、濃H2S04和硼酸的混合溶液中，邊加
邊攪拌，直至混合均勻；(6)再根據(jù)體積總量稱取0.1-0.5 g/L分析純用KMn04，然后加
入到已配制好的硅酸鈉、硼酸、濃HN03、濃H2S04和H202的混合溶液中，邊加邊攪拌，
直至KMn04溶解完全并混合均勻；(7)再根據(jù)體積總量稱取l-3 g/L分析純用NaAc，然 后加入到已配制好的硅酸鈉、硼酸、濃HN03、濃H2S04、 H202和KMn04的混合溶液中， 邊加邊攪拌，直至NaAc溶解完全并混合均勻，然后用水定容到所需體積；(8)最后以數(shù) 字酸度計為工具，用稀H2S04或稀NaOH溶液把已配制好的硅酸鹽鈍化液pH值調(diào)至1.0。 將電鍍鋅后的鋼板用自來水清洗干凈，然后浸入出光液，室溫下停留5秒，取出后用
6自來水清洗干凈，再浸入鈍化液中，室溫下浸泡20秒，然后取出該鍍鋅鋼板，經(jīng)自來水 清洗干凈后用吹風機吹干。
使用本鈍化工藝處理后的鋼板外觀均勻、彩色、光亮，經(jīng)中性鹽霧試驗出白銹時間超 過100小時。
實施例2:該鈍化工藝用于熱鍍鋅鋼板的鈍化處理。
將100 mmx60 mmx2 mm的Q235鋼板在進行熱鍍之前進行除銹、除油、助鍍等前處 理后，在盛有鋅液的石墨坩堝中進行熱浸鍍鋅，浸鋅溫度為450"C，浸鍍時間為l分鐘， 鋅層凝固后進行水冷。
配制出光液由朋03 (65%) 15mL/L和H20組成出光液；
配制鈍化液原料由硅酸鈉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組成，配制方法與 實施例1相同，用稀H2S04或稀NaOH溶液將鈍化液的pH值調(diào)至0.8。
將熱鍍鋅后的鋼板浸入出光液中，室溫下停留3秒，取出后用自來水清洗干凈，再放 入鈍化液中，室溫下浸泡30秒，然后取出該鋼板，用鼓風干燥箱在80。C下烘干。
使用本鈍化工藝處理后的熱鍍鋅鋼板，外觀均勻、彩色、光亮，經(jīng)中性鹽霧試驗出白 銹時間超過120小時。
實施例3:該鈍化工藝用于對某機器鋼制外殼進行堿性電鍍鋅后的鈍化處理。
在進行鈍化之前，將某機器鋼制外殼經(jīng)前處理(除銹、除油、弱浸蝕、預浸等)后實 施電鍍，鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件為ZnO 10 g/L、 NaOH 120 g/L、 DPE-1添加劑5 mL/L、電流密度2.5A/dm2、溫度為室溫，電鍍時間為30分鐘。
配制出光液由HN03 (65%) 5 mL/L和H20組成出光液；
配制鈍化液原料由硅酸鈉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組成，配制方法與實 施例1相同，用稀H2S04或稀NaOH溶液將鈍化液的pH值調(diào)至0.6。,
將電鍍后的某機器鋼制外殼取出，經(jīng)自來水清洗后先放入出光液中，室溫下浸泡5秒， 取出后用自來水沖洗，再放入鈍化液中，室溫下浸泡10秒，然后取出該鍍鋅鋼殼，經(jīng)自 來水清洗干凈后自然晾干。
使用本鈍化液進行處理后的鋅鍍鋼制外殼，外觀均勻、彩色、光亮，經(jīng)中性鹽霧試驗 出白銹時間超過80小時。
權(quán)利要求
1、一種清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝，其特征是該工藝流程為先對經(jīng)過電鍍或熱鍍鋅的鋼鐵零部件用水清洗，接著進行出光處理，然后取出零件進行水洗，再將零件浸入含有硅酸鹽及其它輔助成膜物質(zhì)的鈍化液中，室溫下浸泡5~30秒鈍化處理，最后將經(jīng)過鈍化的零部件取出，用水清洗后干燥即可；含有硅酸鹽及其它輔助成膜物質(zhì)的鈍化液由硅酸鈉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組成，鈍化液的pH值為0.5~1.0。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝，其特征是出光工序為 將電鍍鋅或熱鍍鋅后的零部件浸入由65%HN03 5~15 mL/L、其余為H20組成的出光液中，室 溫下浸泡3 5秒，然后取出鍍鋅零部件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝，其特征是鈍化液配制 步驟如下(1) 先根據(jù)體積總量稱取3~10 g/L分析純用硅酸鈉，倒入盛有1/5 1/4體積總量的 水中，用玻璃棒或其它耐酸堿的物體充分攪拌至硅酸鈉完全溶解，得到硅酸鈉水溶液；(2) 根據(jù)體積總量按3、mL/L量取分析純用濃H2S04，慢慢加入溶解完全的硅酸鈉溶 液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(3) 再根據(jù)體積總量按3~5 mL/L量取分析純用濃HN03，慢慢加入硅酸鈉和濃H2S04 的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(4) 根據(jù)體積總量稱取廣3 g/L分析純用硼酸，倒入盛有l(wèi)/5 l/4體積總量的水中， 用玻璃棒或其它耐酸堿的物體充分攪拌至硼酸完全溶解，得到硼酸水溶液，再加入到硅酸 鈉與濃HN03和濃H2S04的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(5) 再根據(jù)體積總量按20 30 mL/L量取分析純用H202，加入到巳配制好的硅酸鈉、 濃麗03、濃H2S04和硼酸的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至混合均勻；(6) 再根據(jù)體積總量稱取0. 1 0. 5 g/L分析純用KMrA，然后加入到已配制好的硅酸 鈉、硼酸、濃HN0s、濃1^04和仏02的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至KMn04溶解完全并混 合均勻；(7) 再根據(jù)體積總量稱取1 3 g/L分析純用NaAc，然后加入到已配制好的硅酸鈉、 硼酸、濃剛03、濃H2S(X、 HA和KMn04的混合溶液中，邊加邊攪拌，直至NaAc溶解完全并 混合均勻，然后用水定容到所需體積；(8) 最后以數(shù)字酸度計為工具，用稀H2S04或稀NaOH溶液把已配制好的硅酸鹽鈍化液 pH值調(diào)至O. 5 1.0即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種清潔型鍍鋅件硅酸鹽彩色鈍化工藝。用于鋼鐵零部件電鍍鋅或熱鍍鋅的后處理工序。工藝流程為先將電鍍鋅或熱鍍鋅后的鋼鐵零部件用水清洗干凈，浸入出光液中進行3～5秒出光處理，取出后水洗干凈，再放入鈍化液中室溫下浸泡鈍化5～30秒，然后取出零件水洗干凈后干燥即可。出光液組成為HNO₃(65％)5～15mL/L，其余為H₂O。鈍化液組成為硅酸鈉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，其余為H₂O，鈍化液pH值控制在0.5～1.0之間。經(jīng)本鈍化工藝處理后的鍍鋅零部件呈現(xiàn)出彩色外觀，耐蝕性能優(yōu)良，中性鹽霧試驗出銹時間可達到80～120小時，清潔環(huán)保。
文檔編號C23C22/53GK101580935SQ20091009464
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者劉曉晶, 鵬 李, 范云鷹, 陳冬華, 魯文良 申請人:昆明理工大學