電鍍鋅無鉻鈍化液研制

楊秀燕（山西省安全生產科學研究院 山西太原 030002）

電鍍鋅無鉻鈍化液研制

楊秀燕（山西省安全生產科學研究院 山西太原 030002）

傳統的電鍍鋅鉻酸鹽鈍化處理液污染環境和危害人體健康。本試驗研制的硅酸鹽（Na2SiO3）鈍化液無毒無污染，具有良好的使用穩定性，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、熱鍍鋅鋼板都要進行鈍化處理。而目前大多企業仍采用傳統的鉻酸鹽鈍化。但六價鉻毒性大,在鈍化處理過程中產生的酸霧及生產過程中排放的廢水甚至鈍化過的水管等產品,都會對人和環境造成嚴重危害。隨著人們環境意識的增強，世界各國對鉻酸鹽使用和廢水排放的限制已日趨嚴格。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品不得含有汞、鎘、鉛、六價鉻、聚溴聯苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)6種有害物質。因此未來鍍鋅產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、價格低等優點，該鈍化技術正逐漸成熟起來成為無鉻鈍化工藝研究的焦點。

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

2、實驗部分

2.1、儀器與藥品

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

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)用真空抽濾機過濾雜質。

(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）電鍍時注意調節電流電壓，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→熱風吹干

鈍化液配制步驟：先將硅酸鈉加入水中，充分攪拌溶解。然后慢慢滴加已稀釋的硫酸溶液，再加入硝酸，調節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到120h左右。可以達到企業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-發生化學結合反應形成鈍化膜層。試驗表明，鈍化液中加入適量的HNO3能改善膜層的質量，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致鈍化膜不均勻，耐蝕性下降且鈍化膜表面容易出現白色霧狀物質，外觀較差。綜合考慮H2O2對鈍化膜外觀質量影響等因素，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，使鈍化膜與基體結合緊密,另一方面，還起到穩定鈍化液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。試驗結果表明，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合力下降，而且會造成鈍化膜的重新溶解，使膜層不均勻，導致耐蝕性降低。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。由試驗結果可知，最佳鈍化處理時間為90s左右。

4、結論

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，結果表明，硅酸鹽鈍化膜的耐蝕性能夠達到企業要求，還略高于低鉻酸鹽鈍化膜的耐蝕性，鈍化液穩定性較好，便于維護。然而，本試驗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，從鈍化膜的自修復性能及成膜速度方面來看，尚有一定差距，應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，中北大學畢業，學歷本科，初級工程師，現就職山西省安全生產科學研究院，從事實驗室工作。