镀锌钝化技术

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钝化原理
在盛有镀锌液的镀槽中,经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极,用镀覆金属制成阳极,两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后,镀锌液中的金属离子,在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入镀锌液,以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下,如镀铬,是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极,它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度,需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。镀锌时,阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量,需要适时进行控制。铝酸钙粉
在彩钝化的配方中,钝化液总是带酸性的。在酸性介质中,锌层会与之起化学反应。这里主要反应是金属锌镀层与钝化液中铬酸之间的氧化和还原反应。锌作为还原剂,将作为氧化剂的铬酸还原成三价铬。钝化膜其实是三价铬和六价铬与锌发生氧化还原反应后的化合物。其中三价铬与锌的化合物呈蓝绿,六价铬与锌的化合物呈赭红或棕黄。由于不同素的组合和相互干扰的结果,形成了锌彩钝化膜绚丽多彩、具有彩虹的美丽调。三价铬化合物一般不溶于水,强度也高,在钝化膜中起骨架作用。六价铬化合物易溶解于水,尤其易在热水中溶解,在干燥前膜层不坚牢。它依附在三价铬化合物的
骨架上,填充了其空间的部分,所以可形象地譬如它为“肉”。有了肉并有骨架的支撑,这样才能使钝化膜显得丰满。
提高镀锌钝化耐腐蚀的途径
(1)镀层厚度。可供牺牲腐蚀的锌越多,抗蚀性越耐久。热镀锌层厚度难低于300μm,而电镀锌仅(5-25)μm,故热镀锌即使不经钝化,抗蚀力也很好,但加工成本高、调单一。
(2)锌层纯度。镀锌层纯度越高,自身形成微电池腐蚀越小,越“结实”而不易牺牲。纯度依氰化镀锌、碱性锌酸盐镀锌、微酸性氯化物镀锌次序而下降,后者最差。
(3)镀锌后钝化的好坏。优良的六价铬彩钝比白钝抗生白锈时间要
长数倍。经烘干老化的、钝化后再作封闭处理的又比钝化后不作封闭、老化的要好得多。
提高钝化的方法
英国Luoghborough大学研究了钼酸盐钝化过程中的电化学特性,同时也研究了锌表面的化学浸泡处理。该研究是将镀锌样品浸入钼酸钠含量为5g/L、10g/L、30g/L的溶液(PH=5)中,浸入时间可在1~
30min内选择,温度为20℃、40℃、60℃。随着溶液浓度、温度、浸入时间长短,钝化膜的颜将会不同,可从微黄、灰蓝、橄榄直至黑。黑膜的抗蚀性最好。膜重随浸入时间增加而增加,但经过20~30min后膜重达到平衡,电位-时间曲线在达到平衡值时电位减小。对选择各种工艺参数获得的不同颜膜进行盐雾腐蚀试验,结果表明:钼酸盐钝化可明显提高镀锌层的耐蚀性。
朱传方等利用从米糠中提取植酸,将其用于镀锌的无铬钝化中,发现由植酸(浓度50%,用量为5g/L)与硅酸盐、硫酸盐及光亮剂组成的处理液在pH=2-3时,镀锌件在其中浸渍10-20s后烘干进行腐蚀实验,腐蚀实验是在3%NaCL和0.005mol/L的H2SO4溶液中浸渍后在溶液中观察,试片面积l%出现蚀点或锈斑为腐蚀,结果发现经70h而未有锈斑现象发生。镀锌板经植酸处理后,在其抗蚀性提高的同时,其表面与有机涂料之间的粘接力也得到增强。胡会利等进行了植酸钝化膜耐蚀性的研究,在盐雾试验中,植酸钝化膜的耐蚀性略优于低铬钝化膜,远胜于电镀锌和热镀锌;从出现红锈时间看,其钝化效果相当于低铬钝化,接近于热镀锌。盐水浸泡试验表明,植酸钝化膜比低铬钝化膜致密,耐蚀性好,故出现白锈时间比较晚,但植酸钝化膜较薄,附着力较差,比较容易脱落,一旦被破坏,由于膜层不具备自修复性,其防护作用大幅度下降,因而出现红锈时间较早。
发展趋势
镀锌层无铬钝化的研究方向为:无水洗手液
(1)采用硅溶胶或有机物改性三价铬钝化液,以改善镀锌层钝化膜的自修复能力。
(2)利用与铬同属第VIB族元素的Mo(MoO2-4)或W(WO2-4)酸的钝化作用,在镀层表面形成氧化膜。
(3)采用Zr、V、Ti、Mn、Co等的氟化物、磷酸盐等与镀锌层表面形成反应型钝化膜,或采用与水溶性树脂的混合溶液进行转化处理。
(4)采用Y、La、Ce等稀土金属元素的氯化物、硝酸盐等与镀锌层表面形成反应型转化膜,或使用它们的含氧酸盐与钼酸、钒酸的混合溶液进行转化处理。
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(5)使用由单宁酸、没食子酸等多价苯酚羧酸、硫脲及其衍生物等金属螯合剂,与水溶性树脂组成的钝化溶液进行转化处理。
甲基铝氧烷(6)单独使用有机硅烷偶合剂、烷氧基硅烷类等有机物钝化,或采用与树脂二氧化硅组成的混合溶液钝化。
(7)使用水溶性或乳液树脂与胶体二氧化硅交联形成高分子膜,以提高钝化膜的屏蔽效应。
(8)使用含导电高分子聚苯胺的钝化液,以改善钝化膜的自修复作用。
但是,单独使用这些无铬(Ⅵ)钝化技术还存在不少缺陷,或耐蚀性差,或外观不佳,或电接地性能差,或价格较高,很难达到应用要求。因此,无铬钝化技术研究应充分利用有机、无机缓蚀剂之间的协同作用,采用复配技术或复合层组装技术进行钝化处理,才能完全替代六价铬的钝化。
参考文献
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