电镀锌无铬钝化液研制

杨秀燕（山西省安全生产科学研究院 山西太原 030002）

电镀锌无铬钝化液研制

杨秀燕（山西省安全生产科学研究院 山西太原 030002）

传统的电镀锌铬酸盐钝化处理液污染环境和危害人体健康。本试验研制的硅酸盐（Na2SiO3）钝化液无毒无污染，具有良好的使用稳定性，在3%的盐水中能耐蚀120h以上。

硅酸盐钝化的最佳钝化液组成为：Na2SiO3·9H2O 15g/L，98%H2SO4 4.0ml/L,30%H2O2 10ml/L，添加剂 3g/L，硝酸调PH至2.5。工艺条件：钝化温度15-40℃，钝化时间60-90s。

镀锌层；硅酸盐钝化；耐蚀性

1、前言

几乎所有的电镀锌工件、热镀锌钢板都要进行钝化处理。而目前大多企业仍采用传统的铬酸盐钝化。但六价铬毒性大,在钝化处理过程中产生的酸雾及生产过程中排放的废水甚至钝化过的水管等产品,都会对人和环境造成严重危害。随着人们环境意识的增强，世界各国对铬酸盐使用和废水排放的限制已日趋严格。欧盟颁布的ROHS指令指出，自2006年7月1日起，投放欧盟市场的电器电子产品不得含有汞、镉、铅、六价铬、聚溴联苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)6种有害物质。因此未来镀锌产品的无铬钝化势在必行。

在各种无铬钝化工艺的研究中，由于硅酸盐具有无毒无污染、价格低等优点，该钝化技术正逐渐成熟起来成为无铬钝化工艺研究的焦点。

本试验也在硅酸盐钝化方面进行了研究，研制的硅酸盐（Na2SiO3）钝化液具有良好的使用稳定性，在3%的盐水中能耐蚀120h以上。

2、实验部分

2.1、仪器与药品

仪器：玻璃电镀槽；直流稳压电源；直径3.5cm的A3钢片；数字酸度计；电子天平；恒温水浴锅；真空抽滤机。

药品：氯化钾；氯化锌；硼酸；光亮剂；柔软剂；硅酸钠（Na2SiO3·9H2O）；硫酸；硝酸；磷酸；30%双氧水；硫酸锰；添加剂。

2.2、电镀锌板的制备

2.2.1 镀锌溶液的配制

用1L去离子水分别溶解200g氯化钾、70g氯化锌、35g硼酸，其中硼酸要在水浴中加热溶解。

(1)将三种溶液倒在一起，用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解、静置。

(2)用真空抽滤机过滤杂质。

(3)将过滤后的电镀液倒入电镀槽，量取20ml柔软剂、2ml光亮剂倒入，并搅拌。

2.2.2 电镀锌工艺步骤

（1）试片打磨→水洗→除油→水洗→除锈→水洗→电镀→水洗。

（2）电镀时注意调节电流电压，以锌片为阳极，直径为3.5cm的小圆钢材作为阴极电镀10min。

2.3、硅酸盐无铬钝化液配方及工艺如下：

Na2SiO3·9H2O215g/L

98%H2SO44.0ml/L

2mol/LHNO35ml/L

30%H2O210ml/L

添加剂3.0g/L

钝化温度 常温

pH 值 2.0～2.8

钝化时间约90s

工艺过程：电镀锌→水洗→去离子水洗→钝化→去离子水洗→热风吹干

钝化液配制步骤：先将硅酸钠加入水中，充分搅拌溶解。然后慢慢滴加已稀释的硫酸溶液，再加入硝酸，调节pH值。再加入添加剂，最后加过氧化氢。(注：如果加入次序颠倒或不注意稀释，都将可能使溶液成为凝胶状)。

该钝化后的镀锌钢片在3%的盐水中抗白锈能力能达到120h左右。可以达到企业对电镀锌工件耐蚀性的要求。

3、影响因素

3.1、硅酸钠的用量

钝化液中硅酸钠浓度较低时，溶液中SiO32-浓度较低，钝化膜成膜速度慢，钝化膜薄，耐蚀性较低;当硅酸钠浓度过高时，溶液中的SiO32-离子浓度大，成膜速度过快，钝化膜色泽较差且不均匀，耐蚀性降低。因此，钝化液中硅酸钠最佳用量为15g/L。

3.2、H2S O4浓度的影响

适量H2SO4是钝化液中不可缺少的必要成分，而硫酸是为了提高溶液的酸度，使镀层微量溶解，产生足够的金属离子，有利于成膜过程，其在成膜过程中起着重要的促进作用，无SO42-时钝化膜难以形成。适量的H2SO4使得成膜速度加快，膜层均匀，外观光亮呈淡蓝色，耐蚀性好;而过量H2SO4加速膜的溶解，膜层不均匀，色泽较差。综合考虑H2SO4对钝化膜耐蚀性及外观影响，钝化液中98%H2SO4用量为4.0ml/L。

3.3、H N O3浓度的影响

HNO3在钝化液中的作用是出光，溶解锌层，并使溶解的Zn2+与SiO32-发生化学结合反应形成钝化膜层。试验表明，钝化液中加入适量的HNO3能改善膜层的质量，使膜层光亮;含量过低，其作用不明显;含量过高，会加速膜溶解速度，导致膜层不均匀，使钝化膜耐蚀性降低。钝化液中HNO3的最佳用量为5ml/L。

3.4、H2O2浓度的影响

H2O2是强氧化剂，是钝化液中主要成分之一。它的加入为钝化膜成膜过程提供充分的[O]，使成膜时间缩短，成膜效率提高。试验证明，加入适量的H2O2可使钝化膜耐蚀性增高，但H2O2的浓度不能过高，过高会使成膜速度过快导致钝化膜不均匀，耐蚀性下降且钝化膜表面容易出现白色雾状物质，外观较差。综合考虑H2O2对钝化膜外观质量影响等因素，确定硅酸盐钝化液中H2O2最佳用量为10ml/L。

3.5、添加剂浓度的影响

本试验中，添加剂的加入对钝化液有两方面作用，它一方面能活化被钝化金属表面，使钝化膜与基体结合紧密,另一方面，还起到稳定钝化液pH值的作用。钝化液中添加剂的最佳用量为3g/L。

3.6、钝化液p H值的影响

钝化液pH值对硅酸盐钝化膜的成膜速度及耐蚀性的影响比较大。试验结果表明，钝化液pH值在2.0～2.8之间时钝化膜耐蚀性较好。

3.7、钝化时间的影响

钝化时间太短会使钝化成膜不完全，膜层较薄;随钝化时间的延长，钝化膜层会逐渐生长增厚;但时间过长钝化膜厚度过厚，使钝化膜与镀层的结合力下降，而且会造成钝化膜的重新溶解，使膜层不均匀，导致耐蚀性降低。在90s时膜层形成的厚度比较厚，且均匀致密，耐蚀性也最好。当浸渍时间超过90s时，由于浸渍时间过长，形成的钝化膜厚度过厚，致使疏松乃至重新溶解，因此，钝化效果逐渐变差，耐蚀性也大为降低。由试验结果可知，最佳钝化处理时间为90s左右。

4、结论

本课题研究了电镀锌硅酸盐钝化配方及工艺，探讨了不同工艺条件对钝化膜耐蚀性能的影响，结果表明，硅酸盐钝化膜的耐蚀性能够达到企业要求，还略高于低铬酸盐钝化膜的耐蚀性，钝化液稳定性较好，便于维护。然而，本试验对于硅酸盐钝化工艺的研究还不尽完善，与低铬酸盐钝化相比，从钝化膜的自修复性能及成膜速度方面来看，尚有一定差距，应作为今后完善工艺的主要研究方向。

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杨秀燕，女，1985年出生，中共党员，中北大学毕业，学历本科，初级工程师，现就职山西省安全生产科学研究院，从事实验室工作。