專利名稱：無氰沉鋅溶液及使用該溶液的鋁輪轂無氰電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁輪轂的電鍍，具體涉及一種無氰沉鋅溶液及使用該溶液的鋁輪轂無氰電鍍方法。

背景技術(shù)：
在鋁輪轂電鍍中，由于鋁輪轂基體表面自然氧化膜的存在，使得基體與其表面覆蓋層的結(jié)合強(qiáng)度很差。為解決這一問題，通常采用沉鋅處理，沉鋅是鋁件各種電鍍前處理方法中最為簡便、經(jīng)濟(jì)，也是工業(yè)上使用最多的工藝。鋅層是電鍍、化學(xué)鍍的良好過鍍層。邦得爾法使沉鋅溶液多元合金化，改變了鍍層的結(jié)合力，同時含氰沉鋅溶液一直主導(dǎo)市場，因為氰化物的存在能得到比單獨使用鋅酸鹽更加光滑、致密、均勻且顆粒細(xì)小的沉鋅層，但氰化物遇酸生產(chǎn)氫氰酸，給環(huán)境和操作人員健康帶來極大危害。
傳統(tǒng)的鋁輪轂電鍍工藝包括鍍前處理、兩次沉鋅、預(yù)鍍鎳/預(yù)鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟。中國專利申請CN101063217A公開了一種無氰高密度銅鍍液，并用預(yù)鍍無氰高密度銅代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝的預(yù)鍍鎳步驟，不僅降低了成本，也提高了鍍層的質(zhì)量。但是，上述鋁輪轂電鍍工藝中仍使用有氰沉鋅工藝。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有鋁輪轂電鍍工藝的缺陷，本發(fā)明的首要目的是提供一種在效果上可媲美現(xiàn)有有氰沉鋅溶液的四元合金無氰沉鋅溶液。
本發(fā)明的另一目的就是提供使用上述無氰沉鋅溶液的安全、清潔并且鍍層質(zhì)量突出的鋁輪轂無氰電鍍方法。
本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)一種無氰沉鋅溶液，主要由以下組份配制得到 350-450mL/L開缸劑、8-12mL/L調(diào)整劑及120-130mL/L補(bǔ)充劑，其余為水。
所述開缸劑包括0.5-2.0g/L銅離子、0.1-0.8g/L鐵離子、0.8-3.0g/L鎳離子、8-16g/L鋅離子和40-150g/L以氫氧化鈉計的氫氧根離子； 所述的開缸劑中氫氧根離子是由氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或它們的混合物提供的；銅離子是由硫酸銅、氯化銅、硝酸銅和堿式碳酸銅中至少一種提供的；鐵離子是由三氯化鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的至少一種提供的；鎳離子是由氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和硫酸鎳銨中的至少一種提供的；鋅離子是由氧化鋅、氯化鋅和硫酸鋅中的至少一種提供的。開缸劑為濃縮液體，用于配缸及金屬離子和堿濃度的補(bǔ)充 所述調(diào)整劑是含有硝酸鈉、亞硝酸鈉、2-巰基苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巰基苯并噻唑、聚乙二醇、乙基己基硫酸鈉、硫脲、1，3-二乙基硫脲、羥甲基纖維素鈉、L-甲硫氨基酸、聯(lián)吡啶和磺基水揚(yáng)酸中的至少一種組分的水溶液，調(diào)整劑的濃度為150-250g/L。調(diào)整劑含有輔助劑，可以細(xì)化結(jié)晶、使沉鋅層致密的作用，用于配缸及補(bǔ)充。
所述補(bǔ)充劑是含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、葡萄糖酸鈉、酒石酸鉀鈉中的至少一種組分的水溶液，補(bǔ)充劑的濃度為400-550g/L。補(bǔ)充劑用于補(bǔ)充消耗的堿，是由氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或兩種混合及部分輔助劑組成。
本發(fā)明提供一種鋁輪轂無氰電鍍方法，是在鋁輪轂現(xiàn)有電鍍方法中的沉鋅步驟中使用本發(fā)明的無氰沉鋅溶液。具體包括鍍前處理、兩次沉鋅、預(yù)鍍鎳/預(yù)鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟，特征是所述的兩次沉鋅步驟中使用上述的無氰沉鋅液。
本發(fā)明優(yōu)選地沉鋅條件是一次沉鋅18-25℃，30-120秒；二次沉鋅18-28℃，20-60秒。
為更好地實現(xiàn)本發(fā)明的無氰沉鋅方法 所述預(yù)鍍鎳步驟采用的鎳鍍液配方及操作條件如下表所示

所述預(yù)鍍無氰高密度銅步驟采用的鍍液配方及操作條件如下表所示；
上表中所述的無氰高密度銅開缸劑、無氰高密度銅促進(jìn)劑和無氰高密度銅pH值調(diào)整劑的配方參見中國專利申請CN101063217A。
相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果 (1)本發(fā)明采用多元配合物添加劑代替氰化物的工藝，不含氰化物和強(qiáng)絡(luò)合劑，無毒無害，廢水處理簡單，是目前國家大力和強(qiáng)制推廣的清潔生產(chǎn)工藝。與傳統(tǒng)的氰化物沉鋅工藝相比，一個3000L的沉鋅槽，一年可以節(jié)省500Kg的氰化鈉，減少400m3含氰化物廢水的處理。
(2)本發(fā)明的無氰沉鋅工藝比現(xiàn)有市面上銷售的無氰沉鋅結(jié)晶更細(xì)致，結(jié)合力更佳，完全可以跟有氰沉鋅相媲美。
(3)本發(fā)明的無氰沉鋅工藝可以采用預(yù)鍍鎳和預(yù)鍍無氰高密度銅工藝進(jìn)行鋁合金的后續(xù)電鍍生產(chǎn)，完全取代傳統(tǒng)的氰化物電鍍工藝，實現(xiàn)真正意義上的清潔生產(chǎn)。

具體實施例方式 下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步說明下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實現(xiàn)方式并不局限于此。
實施例1 1、無氰沉鋅溶液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鈉(氫氧根離子含量為140g/L)、硫酸銅(銅離子含量為2g/L)、氯化鎳(鎳離子含量為3g/L)、三氯化鐵(鐵離子含量為0.8g/L)和氧化鋅(鋅離子含量為16g/L)；補(bǔ)充劑的成分是氫氧化鈉和葡萄糖酸鈉，其濃度分別為500g/L和50g/L；調(diào)整劑的成分是硝酸鈉和苯并三氮唑，其濃度分別為200g/L和20g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅18℃，120秒；二次沉鋅18℃，60秒 3)預(yù)鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進(jìn)行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進(jìn)行多層鍍鎳鉻處理。
實施例2 1、無氰沉鋅溶液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鈉(氫氧根離子含量為140g/L)、氯化銅(銅離子含量為1.8g/L)、硫酸鎳(鎳離子含量為3g/L)、硫酸鐵(鐵離子含量為0.7g/L)和氧化鋅(鋅離子含量為16g/L)；補(bǔ)充劑的成分是氫氧化鉀和酒石酸鉀鈉，其濃度分別為520g/L和30g/L；調(diào)整劑的成分是亞硝酸鈉和1，3-二乙基硫脲，濃度分別為180g/L和30g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅20℃，110秒；二次沉鋅20℃，40秒 3)預(yù)鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進(jìn)行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進(jìn)行多層鍍鎳鉻處理。
實施例3 1、無氰沉鋅液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鉀(氫氧根離子含量為130g/L)、氯化銅和硝酸銅(銅離子含量為1.6g/L)、硫酸鎳和硫酸鎳銨(鎳離子含量為3g/L)、硫酸鐵和硝酸鐵(鐵離子含量為0.7g/L)和氧化鋅和氯化鋅(鋅離子含量為14g/L)；補(bǔ)充劑的成分是氫氧化鈉和酒石酸鉀鈉，其濃度分別為500g/L和40g/L；調(diào)整劑的成分是亞硝酸鈉和2-巰基苯并咪唑，濃度分別為180g/L和30g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅24℃，90秒；二次沉鋅25℃，50秒 3)預(yù)鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進(jìn)行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進(jìn)行多層鍍鎳鉻處理。
實施例4 1、無氰沉鋅液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鈉(氫氧根離子含量為100g/L)、氯化銅(銅離子含量為1.2g/L)、硫酸鎳和硝酸鎳(鎳離子含量為2g/L)、硫酸鐵和氯化鐵(鐵離子含量為0.5g/L)和氧化鋅和氯化鋅(鋅離子含量為14g/L)；補(bǔ)充劑的成分是氫氧化鈉和葡萄糖酸鈉，其濃度分別為490g/L和50g/L；調(diào)整劑的成分是硝酸鈉和乙基己基硫酸鈉，濃度分別為200g/L和20g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅25℃，80秒；二次沉鋅28℃，30秒 3)預(yù)鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進(jìn)行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進(jìn)行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進(jìn)行多層鍍鎳鉻處理。
性能測試 1檢測方法 1.1沉鋅層孔隙率檢測 本方法采用浸泡法進(jìn)行檢測，具體為在沉鋅溶液中沉鋅后用純水清洗干凈，用濾紙吸干水珠放入孔隙率測試液(組成為鋁試劑3.5g/L，氯化鈉150g/L，白明膠10g/L)靜止放置5分鐘后，拿起，用濾紙吸干水珠，計量試片上的紅色斑點數(shù)。
孔隙率＝n/S n-紅色斑點數(shù) S-試片的面積，單位為cm2 1.2熱震實驗 將試片電鍍后再將其放入220℃中烘烤60分鐘，然后取出投入冷水中，觀察是否有起泡、脫皮現(xiàn)象。
1.3鋸刀試驗 用3/8英寸寬、0.025英寸厚、每公分有4個鋸齒的鋸條，鋸齒朝下并由基體面向鍍層以約200尺/分鐘的鋸速切割，每一個樣品做4次測試，并且相互之間距離3-4毫米，觀察有無脫皮現(xiàn)象。
1.4銼刀實驗 在工件邊緣沿基體金屬到沉積層的方向，利用銼刀銼去沉積層，觀察覆蓋層與基體金屬是否分離。
1.5老化試驗 2實驗內(nèi)容 2.1孔隙率檢測 2mm厚，3×5cm2的1100鋁片經(jīng)過前處理后用純水清洗干凈，用濾紙吸干水珠，放入孔隙率檢測液中靜止放置5min后，取出用濾紙吸干水珠，計算紅色斑點數(shù)，計算孔隙率。
2.2熱震實驗 目測無脫皮、起泡的工件放入220℃烘箱中烘烤60min后拿出來放入冷水中，然后觀察是否起泡。
2.3鋸刀和銼刀實驗 吹干水后分別進(jìn)行鋸刀和銼刀實驗，觀察有無脫皮和銼口的覆蓋層是否與基體脫離。
2.4老化實驗 沉鋅→退鋅(濃HNO3)→沉鋅→退鋅(濃HNO3)→沉鋅...... 3實驗結(jié)果 3.1孔隙率 經(jīng)過對1100鋁片的孔隙率測定，檢測結(jié)果在0至0.13的范圍，本發(fā)明的的沉鋅溶液比市面上銷售的沉鋅溶液沉鋅層更加致密。
3.2目測 經(jīng)本發(fā)明的電鍍方法電鍍后鋁輪轂工件無脫皮、起泡現(xiàn)象。
3.3熱震實驗 經(jīng)本發(fā)明的電鍍方法電鍍后的鋁輪轂工件經(jīng)過220℃熱震后無脫皮、起泡現(xiàn)象。
3.4鋸刀和銼刀實驗 經(jīng)本發(fā)明的電鍍方法電鍍后的鋁輪轂工件經(jīng)過鋸刀實驗檢測無脫皮現(xiàn)象，銼刀實驗檢測覆蓋層與基體無脫皮現(xiàn)象。
3.5老化實驗 經(jīng)過不停的老化，補(bǔ)充劑添加到370mL/L，沉鋅面積達(dá)到400dm2/L后檢測各項性能指標(biāo)，孔隙率為0至0.2，鋁輪轂工件220℃熱震后無脫皮、起泡現(xiàn)象，鋸刀實驗無脫皮現(xiàn)象，銼刀實驗檢測亦無脫皮現(xiàn)象。
本發(fā)明采用了無氰四元合金沉鋅工藝替代有氰沉鋅工藝，可應(yīng)用于鋁輪轂電鍍、五金電鍍等行業(yè)，絡(luò)合劑可生物降解，無毒害。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種無氰沉鋅溶液，其特征在于主要由以下組份配制得到
350-450mL/L開缸劑、8-12mL/L調(diào)整劑及120-130mL/L補(bǔ)充劑，其余為水。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無氰沉鋅溶液，其特征在于所述開缸劑包括0.5-2.0g/L銅離子、0.1-0.8g/L鐵離子、0.8-3.0g/L鎳離子、8-16g/L鋅離子和40-150g/L以氫氧化鈉計的氫氧根離子；
所述調(diào)整劑是含有硝酸鈉、亞硝酸鈉、2-巰基苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巰基苯并噻唑、聚乙二醇、乙基己基硫酸鈉、硫脲、1，3-二乙基硫脲、羥甲基纖維素鈉、L-甲硫氨基酸、聯(lián)吡啶和磺基水揚(yáng)酸中的至少一種組分的水溶液，調(diào)整劑的濃度為150-250g/L；
所述補(bǔ)充劑是含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、葡萄糖酸鈉和酒石酸鉀鈉中的至少一種組分的水溶液，補(bǔ)充劑的濃度為400-550g/L。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的無氰沉鋅溶液，其特征在于
所述的開缸劑中氫氧根離子是由氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或它們的混合物提供的；銅離子是由硫酸銅、氯化銅、硝酸銅和堿式碳酸銅中至少一種提供的；鐵離子是由三氯化鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的至少一種提供的；鎳離子是由氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和硫酸鎳銨中的至少一種提供的；鋅離子是由氧化鋅、氯化鋅和硫酸鋅中的至少一種提供的。
4、一種鋁輪轂無氰電鍍方法，包括鍍前處理、兩次沉鋅、預(yù)鍍鎳/預(yù)鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟，其特征在于所述的兩次沉鋅步驟中使用權(quán)利要求1、2或3所述的無氰沉鋅溶液。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述兩次沉鋅條件是一次沉鋅18-25℃，30-120秒；二次沉鋅18-28℃，20-60秒。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預(yù)鍍鎳步驟采用的鎳鍍液配方及操作條件如下
硫酸鎳250-350g/L
氯化鎳40-60g/L
硼酸 45-55g/L
pH3.6-4.6
溫度50-60℃
陰極電流密度1.5-3A/dm2
陽極純鎳板
攪拌空氣或機(jī)械攪拌。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預(yù)鍍鎳步驟采用的鎳鍍液配方及操作條件如下
硫酸鎳 300g/L
氯化鎳 50g/L
硼酸45g/L
pH 4.1
溫度55℃
陰極電流密度2.5A/dm2
陽極純鎳板
攪拌空氣或機(jī)械攪拌。
8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預(yù)鍍無氰高密度銅步驟采用的鍍液配方及操作條件如下
無氰高密度銅開缸劑250-400mL/L
無氰高密度銅促進(jìn)劑80-120mL/L
無氰高密度銅pH值調(diào)整劑40-80mL/L
金屬銅4.5-6.7
pH9.2-10
溫度 55-65℃
陰極電流密度 0.5-2.5A/dm2
電壓 1-6V
陽極電流密度 ＜1A/dm2
攪拌 須采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預(yù)鍍無氰高密度銅步驟采用的鍍液配方及操作條件如下
無氰高密度銅開缸劑300mL/L
無氰高密度銅促進(jìn)劑100mL/L
無氰高密度銅pH值調(diào)整劑 50mL/L
金屬銅 5.5
pH 9.6
溫度60℃
陰極電流密度1A/dm2
電壓1-6V
陽極電流密度＜1A/dm2
攪拌須采用低壓、大容量強(qiáng)有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁輪轂的電鍍，具體涉及一種無氰沉鋅溶液及使用該溶液的鋁輪轂無氰電鍍方法。該無氰沉鋅溶液，主要由以下組份配制得到350-450mL/L開缸劑、8-12mL/L調(diào)整劑及120-130mL/L補(bǔ)充劑，其余為水。其中開缸劑中含有銅、鐵、鎳、鋅四元金屬離子。該無氰電鍍方法，包括鍍前處理、兩次沉鋅、預(yù)鍍鎳/預(yù)鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟，并在兩次沉鋅步驟中使用上述無氰沉鋅溶液。本發(fā)明的電鍍工藝采用多元配合物添加劑代替氰化物的工藝，不含氰化物和強(qiáng)絡(luò)合劑，無毒無害，廢水處理簡單，屬于清潔生產(chǎn)工藝。
文檔編號C25D3/22GK101580952SQ20091004022
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者田志斌, 包志華, 趙會然 申請人:廣州市三孚化工有限公司, 廣州市三孚電鍍科技有限公司