對(duì)鍍鋅層無(wú)鉻鈍化技術(shù)的研究進(jìn)展探討

儲(chǔ)俊生

摘 要：文章首先對(duì)無(wú)鉻鈍化類別進(jìn)行總結(jié)和分析，對(duì)無(wú)鉻鈍化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期對(duì)鍍鋅層無(wú)鉻鈍化技術(shù)的快速推廣，起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：鍍鋅層；無(wú)鉻鈍化；研究；進(jìn)展

1 概述

現(xiàn)階段，利用鉻酸鹽鈍化的方式對(duì)鍍鋅產(chǎn)品進(jìn)行處理，使得鍍層具備一定的耐腐蝕性能，然而鉻酸鹽的使用不可避免對(duì)人體及自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。世界范圍內(nèi)已經(jīng)開始限制六價(jià)鉻產(chǎn)品的應(yīng)用?；诰G色環(huán)保的理念，對(duì)無(wú)鉻鈍化工藝技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，逐漸成為鍍鋅層鈍化技術(shù)的重要方向?；诖?，文章對(duì)鍍鋅層無(wú)鉻鈍化技術(shù)進(jìn)行研究，不足之處，敬請(qǐng)指正。

2 無(wú)鉻鈍化類別

2.1 無(wú)機(jī)鈍化

2.1.1 鉬酸鹽鈍化

鍍鋅層進(jìn)行鉬酸鹽鈍化處理，會(huì)在其表面形成鉬酸鹽鈍化膜。因?yàn)殂f酸鹽具有較低的毒性，因此被看作是鉻酸鹽鈍化處理的替代方式。現(xiàn)階段，對(duì)其開展的研究項(xiàng)目較多，適當(dāng)添加一些有機(jī)物和無(wú)機(jī)物添加劑，利用復(fù)合獲取一定的協(xié)同效應(yīng)，從而促進(jìn)鈍化膜的耐腐蝕性能的提升。目前來(lái)說(shuō)，這種方式和鉻酸鹽鈍化膜相比效果較差，而且鉬酸鹽的價(jià)格昂貴，因此還無(wú)法應(yīng)用到大規(guī)模生產(chǎn)中。

2.1.2 鎢酸鹽鈍化

鎢酸鹽在發(fā)揮金屬緩蝕劑的作用時(shí)，較為類似于鉬酸鹽，鎢酸鹽鈍化處理的方式得到的鈍化膜耐腐蝕性能較低，而且鎢酸鹽的價(jià)格偏高，所以針對(duì)鎢酸鹽鈍化的應(yīng)用較少。

2.1.3 硅酸鹽鈍化

硅酸鹽鈍化處理方式不僅處理成本低，而且鈍化液具有良好的穩(wěn)定性，使用起來(lái)也很方便，毒性較小，然而卻存在一個(gè)致命問(wèn)題，就是耐腐蝕性能比較差。為促進(jìn)鈍化膜耐腐蝕性能的提升，必須要在鈍化液中添加有機(jī)促進(jìn)劑，比如說(shuō)硫脲及水溶性陰離子型丙烯酸胺等化合物?，F(xiàn)階段，針對(duì)硅酸鹽鈍化應(yīng)用也比較少。

2.1.4 鈦鹽鈍化

為達(dá)到環(huán)境保護(hù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求，一些地區(qū)電鍍廠開始采用過(guò)鈦鹽鈍化工藝。鈍化液的具體成分包括硫酸氧鈦、硝酸、磷酸、單寧酸等，采用羥基喹啉作為穩(wěn)定劑，pH 大約是1 到1.5的范圍，常溫下操作，具有良好的耐腐蝕性能。

2.2 有機(jī)鈍化

2.2.1 有機(jī)硅烷鈍化

硅烷分子能夠在醇、水溶液中發(fā)生水解而形成一定數(shù)量的硅烷醇基團(tuán)（SiOH），基團(tuán)在硅烷與金屬的界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而生成金屬硅氧烷鍵（SiOMe），未參與化學(xué)反應(yīng)的硅烷醇基團(tuán)形成膠聯(lián)的硅烷膜結(jié)構(gòu)SiOSi網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以上結(jié)構(gòu)一方面能夠有效地避免侵蝕性介質(zhì)侵入其中，另一方面可以形成穩(wěn)定的膜層，此特征使得有機(jī)硅烷鈍化處理成為近些年研究的重要方向。

2.2.2 植酸鈍化

植酸具有可以和金屬絡(luò)合的12個(gè)羥基、24個(gè)氧原子以及6個(gè)磷酸酯基，因此稱之為肌醇六磷酸酯，是針對(duì)金屬表面進(jìn)行處理最為理想的螯合劑以及優(yōu)良的緩蝕劑。植酸能夠在一定pH范圍內(nèi)和金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成螯合環(huán)，獲得穩(wěn)定可靠的絡(luò)合物。植酸在和金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)時(shí)會(huì)在金屬表面形成一層單分子有機(jī)保護(hù)膜，可以防止氧氣等侵入到金屬表面中，對(duì)金屬腐蝕產(chǎn)生抑制作用。植酸和鉬酸鹽及硅膠可以復(fù)合使用，能夠促進(jìn)植酸的使用效果的提升。一種針對(duì)鍍鋅板的植酸鈍化方法，具體包括植酸、硅膠和水等組成的鈍化液。經(jīng)過(guò)處理之后不必經(jīng)過(guò)水洗可以直接在120℃的溫度下進(jìn)行烘干，然后涂以醇酸樹脂密胺漆。研究證實(shí)，有機(jī)涂層附著力與鍍層的耐腐蝕性能和普通鉻酸鹽鈍化方法對(duì)比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，植酸鈍化膜非常薄，僅僅幾百納米，而且植酸膜喪失自修復(fù)性能，如果膜發(fā)生破損時(shí)則影響防腐能力。

3 無(wú)鉻鈍化技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 背景介紹

公司是為合肥美菱等家電企業(yè)的專業(yè)鈑金件配件供應(yīng)商，而合肥美菱公司明確要求，配套廠家提供的配套件中不得含有六價(jià)鉻，尤其要求鈑金件供貨廠家提供的金屬加工件，電鍍鈍化時(shí)必須使用環(huán)保鈍化。然而，傳統(tǒng)電鍍鈍化都采用的是六價(jià)鉻鈍化，開發(fā)新的環(huán)保型鈍化技術(shù)已迫在眉睫。但是目前來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)僅有幾家大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)剛開始研究，沒有成熟的工藝配方。市場(chǎng)上也僅有幾家國(guó)內(nèi)公司代理國(guó)外環(huán)保鈍化劑，成本比較高而且工藝相對(duì)復(fù)雜，無(wú)法滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)需要。為穩(wěn)定市場(chǎng)、抓住機(jī)遇，公司確定“常溫彩色三價(jià)鉻鈍化技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目并進(jìn)行立項(xiàng)，同時(shí)抽調(diào)技術(shù)骨干，成立項(xiàng)目組，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過(guò)近些年的實(shí)驗(yàn)與逐步完善，成功研發(fā)出符合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的最新彩色三價(jià)鉻鈍化方法。因?yàn)樵牧辖^大部分采用食品級(jí)，從根本上解決了環(huán)境污染問(wèn)題。

3.2 工藝指標(biāo)與技術(shù)要求

（1）環(huán)保要求：符合RoHS等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決環(huán)境污染問(wèn)題；

（2）耐蝕性能：≥120小時(shí)；

（3）使用環(huán)境：環(huán)境溫度-15--45℃；

（4）材料使用：盡可能選擇食品級(jí)原材料，實(shí)在無(wú)法找到時(shí)則必須選用無(wú)害原材料；

（5）時(shí)間控制：≤20秒；

（6）外觀要求：根據(jù)市場(chǎng)需求，符合五彩、藍(lán)白、黑色等；

（7）材料成本：≤1.0元/升；

3.3 生產(chǎn)工藝

常規(guī)六價(jià)鉻鈍化膜是利用鋅的溶解、三價(jià)鉻凝膠析出而產(chǎn)生，膜層中包括六價(jià)鉻。相比較而言，三價(jià)鉻膜層是利用鋅的溶解而產(chǎn)生鋅離子，繼續(xù)溶解而導(dǎo)致鋅表面溶液PH值變大，三價(jià)鉻和鋅離子、氫氧離子等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成具有一定耐蝕性的鈍化膜。具體化學(xué)反應(yīng)流程參考以下公式：

三價(jià)鉻鈍化工藝配方具體包括以下成分，比如成膜劑、氧化劑、金屬離子、絡(luò)合劑、封孔劑等。

先對(duì)無(wú)鉻鍍鋅進(jìn)行清洗，利用3%稀硝酸進(jìn)行活化出光，進(jìn)行三價(jià)鉻鈍化，清洗之后用60℃熱水進(jìn)行老化，最后進(jìn)行封閉和干燥的流程。其中，在生產(chǎn)中解決了色澤控制、鈍化液濃度控制、鈍化時(shí)間控制、PH值控制等問(wèn)題，如果大規(guī)模批量生產(chǎn)，處理液根據(jù)60～70ml/L開缸，鈍化時(shí)間控制在10s左右即可，Cr3+含量控制在2.5～3.0g/L的范圍，生產(chǎn)中pH值會(huì)自動(dòng)升高，可以用硝酸降低pH值。硝酸的用量可以參考鈍化液的補(bǔ)充量。一般每補(bǔ)充1L的鈍化液需補(bǔ)充100 mL的硝酸即可穩(wěn)定其pH值在工藝范圍之內(nèi)。添加時(shí)可通過(guò)人工或機(jī)械自動(dòng)添加。最后的老化工序時(shí)熱水洗的溫度一般控制在50℃～80℃比較合適。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，“常溫彩色三價(jià)鉻鈍化技術(shù)”的成功研發(fā)，徹底解決了環(huán)境污染問(wèn)題，可以說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)鈍化工藝的革命性進(jìn)步；在日益強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的新形勢(shì)下，為電鍍行業(yè)找到了新的出路，在環(huán)保、耐蝕、節(jié)能等諸多方面取得重大突破，使電鍍工業(yè)煥發(fā)出了新的生機(jī)和活力。

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