對鍍鋅層無鉻鈍化技術的研究進展探討

儲俊生

摘 要：文章首先對無鉻鈍化類別進行總結和分析，對無鉻鈍化技術的應用進行研究，以期對鍍鋅層無鉻鈍化技術的快速推廣，起到一定的促進作用。

關鍵詞：鍍鋅層；無鉻鈍化；研究；進展

1 概述

現階段，利用鉻酸鹽鈍化的方式對鍍鋅產品進行處理，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人體及自然環境產生嚴重的影響。世界范圍內已經開始限制六價鉻產品的應用。基于綠色環保的理念，對無鉻鈍化工藝技術進行研發，逐漸成為鍍鋅層鈍化技術的重要方向。基于此，文章對鍍鋅層無鉻鈍化技術進行研究，不足之處，敬請指正。

2 無鉻鈍化類別

2.1 無機鈍化

2.1.1 鉬酸鹽鈍化

鍍鋅層進行鉬酸鹽鈍化處理，會在其表面形成鉬酸鹽鈍化膜。因為鉬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。現階段，對其開展的研究項目較多，適當添加一些有機物和無機物添加劑，利用復合獲取一定的協同效應，從而促進鈍化膜的耐腐蝕性能的提升。目前來說，這種方式和鉻酸鹽鈍化膜相比效果較差，而且鉬酸鹽的價格昂貴，因此還無法應用到大規模生產中。

2.1.2 鎢酸鹽鈍化

鎢酸鹽在發揮金屬緩蝕劑的作用時，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，而且鎢酸鹽的價格偏高，所以針對鎢酸鹽鈍化的應用較少。

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定性，使用起來也很方便，毒性較小，然而卻存在一個致命問題，就是耐腐蝕性能比較差。為促進鈍化膜耐腐蝕性能的提升，必須要在鈍化液中添加有機促進劑，比如說硫脲及水溶性陰離子型丙烯酸胺等化合物。現階段，針對硅酸鹽鈍化應用也比較少。

2.1.4 鈦鹽鈍化

為達到環境保護有關標準及要求，一些地區電鍍廠開始采用過鈦鹽鈍化工藝。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 有機鈍化

2.2.1 有機硅烷鈍化

硅烷分子能夠在醇、水溶液中發生水解而形成一定數量的硅烷醇基團（SiOH），基團在硅烷與金屬的界面上發生化學反應，而生成金屬硅氧烷鍵（SiOMe），未參與化學反應的硅烷醇基團形成膠聯的硅烷膜結構SiOSi網絡結構，以上結構一方面能夠有效地避免侵蝕性介質侵入其中，另一方面可以形成穩定的膜層，此特征使得有機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合的12個羥基、24個氧原子以及6個磷酸酯基，因此稱之為肌醇六磷酸酯，是針對金屬表面進行處理最為理想的螯合劑以及優良的緩蝕劑。植酸能夠在一定pH范圍內和金屬離子發生化學反應而形成螯合環，獲得穩定可靠的絡合物。植酸在和金屬發生絡合反應時會在金屬表面形成一層單分子有機保護膜，可以防止氧氣等侵入到金屬表面中，對金屬腐蝕產生抑制作用。植酸和鉬酸鹽及硅膠可以復合使用，能夠促進植酸的使用效果的提升。一種針對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。經過處理之后不必經過水洗可以直接在120℃的溫度下進行烘干，然后涂以醇酸樹脂密胺漆。研究證實，有機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比，具有明顯的優勢。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性能，如果膜發生破損時則影響防腐能力。

3 無鉻鈍化技術的應用研究

3.1 背景介紹

公司是為合肥美菱等家電企業的專業鈑金件配件供應商，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，電鍍鈍化時必須使用環保鈍化。然而，傳統電鍍鈍化都采用的是六價鉻鈍化，開發新的環保型鈍化技術已迫在眉睫。但是目前來說，國內僅有幾家大學和科研機構剛開始研究，沒有成熟的工藝配方。市場上也僅有幾家國內公司代理國外環保鈍化劑，成本比較高而且工藝相對復雜，無法滿足大規模工業生產需要。為穩定市場、抓住機遇，公司確定“常溫彩色三價鉻鈍化技術研究與應用”項目并進行立項，同時抽調技術骨干，成立項目組，進行技術攻關，經過近些年的實驗與逐步完善，成功研發出符合大規模工業生產的最新彩色三價鉻鈍化方法。因為原材料絕大部分采用食品級，從根本上解決了環境污染問題。

3.2 工藝指標與技術要求

（1）環保要求：符合RoHS等技術標準，徹底解決環境污染問題；

（2）耐蝕性能：≥120小時；

（3）使用環境：環境溫度-15--45℃；

（4）材料使用：盡可能選擇食品級原材料，實在無法找到時則必須選用無害原材料；

（5）時間控制：≤20秒；

（6）外觀要求：根據市場需求，符合五彩、藍白、黑色等；

（7）材料成本：≤1.0元/升；

3.3 生產工藝

常規六價鉻鈍化膜是利用鋅的溶解、三價鉻凝膠析出而產生，膜層中包括六價鉻。相比較而言，三價鉻膜層是利用鋅的溶解而產生鋅離子，繼續溶解而導致鋅表面溶液PH值變大，三價鉻和鋅離子、氫氧離子等發生化學反應，從而形成具有一定耐蝕性的鈍化膜。具體化學反應流程參考以下公式：

三價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、絡合劑、封孔劑等。

先對無鉻鍍鋅進行清洗，利用3%稀硝酸進行活化出光，進行三價鉻鈍化，清洗之后用60℃熱水進行老化，最后進行封閉和干燥的流程。其中，在生產中解決了色澤控制、鈍化液濃度控制、鈍化時間控制、PH值控制等問題，如果大規模批量生產，處理液根據60～70ml/L開缸，鈍化時間控制在10s左右即可，Cr3+含量控制在2.5～3.0g/L的范圍，生產中pH值會自動升高，可以用硝酸降低pH值。硝酸的用量可以參考鈍化液的補充量。一般每補充1L的鈍化液需補充100 mL的硝酸即可穩定其pH值在工藝范圍之內。添加時可通過人工或機械自動添加。最后的老化工序時熱水洗的溫度一般控制在50℃～80℃比較合適。

4 結束語

總而言之，“常溫彩色三價鉻鈍化技術”的成功研發，徹底解決了環境污染問題，可以說是對傳統鈍化工藝的革命性進步；在日益強調環境保護的新形勢下，為電鍍行業找到了新的出路，在環保、耐蝕、節能等諸多方面取得重大突破，使電鍍工業煥發出了新的生機和活力。

參考文獻

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