專利名稱：一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，可同時(shí)用作鋼鐵零件表面電鍍鋅及鋅鐵合金，屬金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
腐蝕與防腐關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命安全，表面工程技術(shù)是解決機(jī)械零部件及材料腐蝕與防護(hù)最經(jīng)濟(jì)有效的手段和方法。
鍍鋅作為鋼鐵的防護(hù)性鍍層，得到了廣泛應(yīng)用。為了滿足對(duì)零部件或材料性能更高要求，國(guó)內(nèi)外都加大了對(duì)Zn-Fe、Zn-Ni、Sn-Zn、Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Cr、Zn-Ti、Zn-Co-Cr、Zn-Co-Fe、Zn-Ni-P、Zn-Fe-P等鋅基合金鍍的研究與應(yīng)用，其中鋅鐵合金因具有最好的性價(jià)比，已在汽車、建筑、電力等眾多行業(yè)普遍應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)外目前只有單一用于鋅或鋅鐵合金電鍍的光亮劑及光亮工藝，尚沒(méi)有能夠同時(shí)用于鋅和鋅鐵合金電鍍的光亮劑及光亮工藝，使該類光亮劑的應(yīng)用受到了較大限制，也給鋅或鋅鐵合金電鍍工作帶來(lái)極大不便。如成都高新電鍍環(huán)保工程研究所開(kāi)發(fā)的ZF系列添加劑，對(duì)于電鍍鋅鐵合金來(lái)說(shuō)是非常好的光亮劑，但是卻不能用于鍍鋅工藝，因此在推廣及應(yīng)用方面受到了較大限制。此外，現(xiàn)有鋅或鋅鐵合金電鍍光亮工藝還存在使用工藝復(fù)雜、穩(wěn)定性不好、電鍍綜合成本偏高等缺點(diǎn)。比如，為了保持鍍液pH值的穩(wěn)定，現(xiàn)有酸性鋅或鋅鐵合金電鍍工藝大都要添加硼酸，而硼酸的使用不僅增加了原料成本，而且硼酸在添加時(shí)需要用熱水溶解，給生產(chǎn)帶來(lái)不便，另外硼酸還容易與鍍液中的鋅離子形成白色沉淀，給生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鋅鐵合金電鍍光亮工藝的不足，提供一種能夠同時(shí)用于鋅和鋅鐵合金電鍍、無(wú)需使用硼酸、工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定、綜合成本低的光亮工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案是按普通鋅或鋅鐵合金電鍍的前處理及后處理工藝，配制氯化物體系鋅或鋅鐵合金電鍍液，然后在鍍液中加入由芐叉丙酮、表面活性劑、高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物、乙醇與水混合組成的鋅及鋅鐵合金光亮劑，將工件除銹、除油、活化等前處理后，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為3.5～6、電流密度為1～2A/dm2、溫度為15～35℃，電鍍20～40分鐘，然后將工件取出，進(jìn)行鈍化處理，得到表面鍍有鋅或鋅鐵合金的工件。
在鍍液中加入鋅及鋅鐵合金光亮劑的加入量為15～30mL/L。在鋅及鋅鐵合金光亮劑中，芐叉丙酮的濃度為10～30g/L，表面活性劑的濃度為70～130g/L，高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物的濃度為80～120g/L，其余為乙醇和水；非離子型表面活性劑可以是壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、OP乳化劑中的任一種，離子型表面活性劑可以是十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的任一種，高級(jí)脂肪醇可以是十八天然脂肪醇、十六天然脂肪醇中的任一種；芐叉丙酮與乙醇的質(zhì)量比為1∶10～1∶20，非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑的質(zhì)量比為3∶1～10∶1，高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為1∶10～1∶25。
本發(fā)明的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，可以采用以下工藝制備先按10～30g/L先稱量芐叉丙酮，倒入10～20倍質(zhì)量的分析純或化學(xué)純無(wú)水乙醇中，攪拌至完全溶解后混合均勻，得到制備芐叉丙酮的無(wú)水乙醇溶液；再按80～120g/L的總量、1∶10～1∶25的質(zhì)量比，稱量高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷并將它們混合，以無(wú)水氯化鋁、無(wú)水氯化鋅或硫酸為縮合劑，在室溫下進(jìn)行縮合反應(yīng)，得到高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物；然后按70～130g/L的量稱量表面活性劑(以3∶1～10∶1的質(zhì)量比配比非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑)，與制備好的高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷縮合物一起，倒入2～4倍質(zhì)量的蒸餾水或去離子水中，加熱至80～90℃，攪拌至完全溶解后自然冷卻；將該冷卻后的溶液與芐叉丙酮的無(wú)水乙醇溶液混合均勻，最后用蒸餾水或去離子水定容至100％體積，得到鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑。
本發(fā)明鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值4.5～6.0、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。此條件下，電鍍電流效率可達(dá)到97～100％，沉積速率可達(dá)到20～30μm/h。
本發(fā)明鋅鐵合金電鍍工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、FeSO4·7H2O 4～12g/L、抗壞血酸0.5～1.5g/L、鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值3.5～5.5、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。此條件下，電鍍電流效率可達(dá)到97～100％，沉積速率可達(dá)到20～30μm/h，應(yīng)用該工藝可得到鐵含量為0.2～0.8％(質(zhì)量百分比)的鋅鐵合金鍍層。
本發(fā)明加入鍍液中的鋅及鋅鐵合金光亮劑的量，鋅及鋅鐵合金光亮劑中芐叉丙酮、表面活性劑、高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物的濃度，以及芐叉丙酮與乙醇的質(zhì)量比、非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑的質(zhì)量比、高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比，都可根據(jù)實(shí)際需要，在給定范圍內(nèi)選定。
本發(fā)明選擇可同時(shí)改善鋅與鋅合金鍍層光亮與平整性能的物質(zhì)、進(jìn)行優(yōu)化組合作為光亮劑，并以適當(dāng)工藝條件加入到鋅與鋅合金電鍍液中，通過(guò)芐叉丙酮使鍍層快速出光與整平，通過(guò)非離子型表面活性劑和離子型表面活性劑提高鍍液的分散能力與擴(kuò)大光亮范圍(尤其是在低電流區(qū)起光亮作用)，通過(guò)高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷縮合物和乙醇對(duì)芐叉丙酮進(jìn)行乳化和增溶的作用，使得本工藝不僅能夠同時(shí)用于鋅和鋅鐵合金電鍍工藝、所得鍍層性能與鍍液性能不低于同類產(chǎn)品，而且無(wú)需使用硼酸、工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易操作、環(huán)境友好、安全、綜合成本低。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1該鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝用于對(duì)鋼板進(jìn)行局部鍍鋅光亮。光亮工藝中電鍍前處理及后處理工藝與普通鋅及鋅鐵合金電鍍工藝一致。
按普通鋅電鍍的前處理及后處理工藝，配制含ZnCl280g/L、KCl 200g/L的水溶液電鍍液，然后按20mL/L的量、在鍍液中加入含芐叉丙酮10g/L、乙醇150mL/L、非離子型表面活性劑聚乙二醇和離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉總量為100g/L(非離子型表面活性劑聚乙二醇與離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量比為3∶1)、載高級(jí)脂肪醇十六天然脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物100g/L(高級(jí)脂肪醇十六天然脂肪醇與環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為1∶20)的水溶液鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，將鋼板除銹、除油、活化等前處理后，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為5.5、電流密度為1.2A/dm2、室溫下電鍍25分鐘后取出，得到外觀均勻光亮的鋅鍍層，然后進(jìn)行常規(guī)硅酸鹽藍(lán)白鈍化處理，經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)出白銹時(shí)間超過(guò)100小時(shí)。
實(shí)施例2該鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝用于對(duì)空壓機(jī)上某鋼管零部件進(jìn)行整體電鍍Zn-Fe合金，光亮工藝中電鍍前處理及后處理工藝與普通鋅及鋅鐵合金電鍍工藝一致。
按普通鋅鐵合金電鍍的前處理及后處理工藝，配制含ZnCl2100g/L、KCl 230g/L、FeSO4·7H2O10g/L、抗壞血酸1.2g/L的水溶液電鍍液，然后按15mL/L的量、在鍍液中加入含芐叉丙酮30g/L、乙醇600mL/L、非離子型表面活性劑聚乙二醇和離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉總量為130g/L(非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量比為10∶1)，高級(jí)脂肪醇十八天然脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物總量為120g/L(高級(jí)脂肪醇十八天然脂肪醇與環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為1∶25)的水溶液鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，將鋼管除銹、除油、活化等前處理后，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為4、電流密度為1.8A/dm2、室溫下電鍍40分鐘后取出，得到外觀均勻光亮的Zn-Fe合金鍍層，鍍層中鐵含量為0.5％，鍍層進(jìn)行常規(guī)硅酸鹽藍(lán)白鈍化處理后，經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)出白銹時(shí)間超過(guò)40小時(shí)，高于空壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量要求(30小時(shí)即可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))。
實(shí)施例3該鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝用于對(duì)某機(jī)器鋼機(jī)殼進(jìn)行整體鍍鋅光亮處理，光亮工藝中電鍍前處理及后處理工藝與普通鋅及鋅鐵合金電鍍工藝一致。
按普通鋅電鍍的前處理及后處理工藝，配制含ZnCl290g/L、KCl220g/L的水溶液電鍍液，然后按30mL/L的量、在鍍液中加入含芐叉丙酮20g/L、乙醇200mL/L、非離子型表面活性劑OP乳化劑和離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉總量為70g/L(非離子型表面活性劑OP乳化劑與離子型表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量比為5∶1)，高級(jí)脂肪醇十六天然脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物總量為80g/L(高級(jí)脂肪醇十六天然脂肪醇與環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為1∶10)的水溶液鋅及鋅鐵合金電鍍光亮劑，將鋼板除銹、除油、活化等前處理后，放入加有鋅及鋅鐵合金光亮劑的電鍍液中，保持鍍液pH值為5、電流密度為1.5A/dm2、室溫下電鍍30分鐘后取出，得到外觀均勻光亮的鋅鍍層，然后進(jìn)行常規(guī)硅酸鹽藍(lán)白鈍化處理，經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)出白銹時(shí)間超過(guò)60小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，將工件除銹、除油、活化等前處理后，放入鋅或鋅鐵合金電鍍液中進(jìn)行電鍍，然后將工件取出，得到表面鍍有鋅或鋅鐵合金的工件，其特征是在鍍液中加入由芐叉丙酮、表面活性劑、高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物、乙醇與水混合組成的鋅及鋅鐵合金光亮劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特征是在鍍液中加入鋅及鋅鐵合金光亮劑的量為15～30mL/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特征是所述的鋅及鋅鐵合金光亮劑中，芐叉丙酮的濃度為10～30g/L，表面活性劑的總濃度為70～130g/L，高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物的濃度為80～120g/L，其余為乙醇和水，芐叉丙酮與乙醇的質(zhì)量比為1∶10～1∶20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特征是所述鋅及鋅鐵合金光亮劑中，高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的質(zhì)量比為1∶10～1∶25，表面活性劑由非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑組成，非離子型表面活性劑與離子型表面活性劑的質(zhì)量比為3∶1～10∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特征是所述鋅及鋅鐵合金光亮劑中，非離子型表面活性劑可以是壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、OP乳化劑中的任一種，離子型表面活性劑可以是十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的任一種，高級(jí)脂肪醇可以是十八天然脂肪醇、十六天然脂肪醇中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5任一項(xiàng)所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特征是鍍鋅工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、所述鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值4.5～6.0、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5任一項(xiàng)所述的鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，其特征是鋅鐵合金電鍍工藝的鍍液組成及操作條件可為ZnCl260～120g/L、KCl 160～250g/L、FeSO4·7H2O 4～12g/L、抗壞血酸0.5～1.5g/L、所述鋅及鋅鐵合金光亮劑15～30mL/L、pH值3.5～5.5、陰極電流密度1～2A/dm2、溫度15～35℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋅及鋅鐵合金電鍍光亮工藝，可同時(shí)用作鋼鐵零件表面電鍍鋅及鋅鐵合金，屬金屬材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。按普通鋅或鋅鐵合金電鍍的前處理及后處理工藝，配制鋅或鋅鐵合金電鍍液，然后在鍍液中加入由芐叉丙酮、表面活性劑、高級(jí)脂肪醇與環(huán)氧乙烷的縮合物、乙醇與水混合而成的光亮劑，將前處理后的工件放入加有光亮劑的電鍍液中進(jìn)行電鍍。本工藝可同時(shí)用于鋅和鋅鐵合金電鍍工藝、所得鍍層性能與鍍液性能不低于同類產(chǎn)品，還具有無(wú)需硼酸、工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、易操作、環(huán)境友好、安全、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D5/48GK101063216SQ200710065900
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者張英杰, 范云鷹, 董鵬 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)