專(zhuān)利名稱(chēng)：硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合鍍液，尤其是一種硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液。
背景技術(shù)：
為了提高電鍍?cè)阡撹F構(gòu)件產(chǎn)品表面的鋅金屬層的美觀(guān)性和耐腐蝕能力，多年來(lái)一 直采用在鋼鐵構(gòu)件產(chǎn)品上電鍍鋅層之后，再用六價(jià)的鉻酸鹽溶液對(duì)電鍍鋅層進(jìn)行鈍化處 理，以提高鍍鋅鋼鐵件在潮濕環(huán)境中的抗銹蝕能力。由于六價(jià)鉻離子有著強(qiáng)烈的致癌作用， 無(wú)論是在鈍化處理產(chǎn)生的廢液中，還是構(gòu)件產(chǎn)品中都含有一定量的六價(jià)鉻離子，從而影響 著人們的身體健康。近年來(lái)，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，為解決鍍鋅工業(yè)中產(chǎn)生的六價(jià)鉻污染問(wèn) 題，人們?cè)噲D使用其毒性?xún)H為六價(jià)鉻百分之一的三價(jià)鉻離子鈍化溶液來(lái)代替六價(jià)鉻離子鈍 化溶液。可是，采用三價(jià)鉻鈍化的鋅層沒(méi)有如六價(jià)鉻鈍化的鋅鍍層那樣具有自愈能力，無(wú)法 在防銹性能上達(dá)到或超過(guò)六價(jià)鉻鈍化的效果。雖也有意欲通過(guò)改變電鍍液的成份來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng) 化鍍層，防止其破裂以至脫落的目的，如在2005年12月28日公開(kāi)的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū) CN 1233879C中介紹的一種“納米碳管復(fù)合電鍍鋅薄膜的制備方法”。它是將硫酸鋅、硫酸 鈉、緩沖劑以少量去離子水溶解后混合，并以稀氫氧化鈉或者硫酸溶液來(lái)調(diào)整鍍液的PH值 為4. 5 5. 5，添加經(jīng)過(guò)鈍化處理的納米碳管，以純鋅作陽(yáng)極在強(qiáng)烈攪拌下室溫電鍍，得到 有納米碳管共沉積的復(fù)合鍍鋅層。然而，這種制備方法存在著不足之處，首先，形成的復(fù)合 鍍鋅層僅為對(duì)傳統(tǒng)鍍鋅層的改性，即在傳統(tǒng)鍍鋅層中有著納米碳管共沉積于其中，至于其 實(shí)際的效果如何，如鍍鋅層與鋼件間結(jié)合的牢固度，鍍有該復(fù)合鍍鋅層的鋼鐵件的抗銹蝕 能力等，均未見(jiàn)有實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)支持或其不同于傳統(tǒng)鍍鋅層的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，而只是預(yù)言將在鍍 層抗磨損特性、成型加工特性等方面有積極效果；其次，配制鍍液所需的原料較多，且部分 原料如氫氧化鈉或者硫酸易污染環(huán)境；再次，電鍍時(shí)需要強(qiáng)烈攪拌，既產(chǎn)生噪聲污染，又耗 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為克服上述各種技術(shù)方案的局限性，提供一種使用其電 鍍出的鋅層，經(jīng)三價(jià)鉻鈍化后具有采用六價(jià)鉻鈍化鋅層相同防銹性能的硫酸鹽鍍鋅用納米 復(fù)合鍍液。為解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案為硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液由 以下重量百分比的組分組成硫酸鋅(ZnSOJH2O) 23 30%、硫酸鈉(Na2SO4) 2 4%、納米 氧化鋯溶膠0. 4 3. 5 %、檸檬酸0. 08 0. 3 %，其余為水。作為硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的納米氧化鋯溶膠中的氧 化鋯的單體顆粒的粒徑為3 5nm ；所述的納米氧化鋯溶膠的重量百分比為按照氫氧氧鋯 (ZrO(OH)2)計(jì)算；所述的納米復(fù)合鍍液的pH值為2 4 ；所述的水為蒸餾水或去離子水。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，將鋼鐵構(gòu)件置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中，通 過(guò)常規(guī)的懸掛電鍍方法電鍍后，再使用現(xiàn)有的三價(jià)鉻鈍化溶液對(duì)鍍鋅鋼鐵構(gòu)件進(jìn)行室溫鈍
3化處理，得到其外表光亮，平滑，具有銀白色泛藍(lán)的鍍鋅層；其二，分別將使用本發(fā)明納米 復(fù)合鍍液和使用沒(méi)有添加納米氧化鋯的現(xiàn)有電鍍液電鍍出的相同厚度的鍍鋅層，經(jīng)三價(jià)鉻 鈍化溶液處理后，置于濃度為5%的氯化鈉水溶液中進(jìn)行全浸試驗(yàn)，來(lái)測(cè)試鍍鋅層的耐腐 蝕能力。大量的測(cè)試結(jié)果表明采用納米氧化鋯作為電鍍液的添加劑，鍍得的平均厚度為 3. 5 μ m的鍍鋅層，經(jīng)過(guò)濃度為5 %的氯化鈉水溶液34天的全浸試驗(yàn)，鍍鋅層的被腐蝕面積 小于5%。而使用沒(méi)有添加納米氧化鋯的現(xiàn)有電鍍液，鍍得的相同厚度的鍍鋅層，經(jīng)過(guò)15 20天的濃度為5%的氯化鈉水溶液的全浸試驗(yàn)，鍍鋅層的被腐蝕面積已超過(guò)50%以上，甚 至出現(xiàn)了紅銹；其三，使用本發(fā)明納米復(fù)合鍍液，在后續(xù)的鈍化處理中，不需再使用六價(jià)鉻 鈍化溶液，既完全避免了六價(jià)鉻的污染，又使鍍鋅層具有了采用六價(jià)鉻鈍化鋅層相同甚至 更好的防銹性能；其四，配制本發(fā)明納米復(fù)合鍍液用料少，原料中也無(wú)任何污染源；其五， 使用本發(fā)明納米復(fù)合鍍液電鍍時(shí)不需攪拌，不僅安靜，且節(jié)能。作為有益效果的進(jìn)一步體現(xiàn)，一是納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑 優(yōu)選為3 5nm，使本發(fā)明納米復(fù)合鍍液更適宜與現(xiàn)有的三價(jià)鉻鈍化溶液配合使用，來(lái)增強(qiáng) 鍍鋅層的防銹性能；二是納米氧化鋯溶膠的重量百分比優(yōu)選為按照氫氧氧鋯計(jì)算，使添加 納米氧化鋯溶膠時(shí)，其重量易于掌控；三是納米復(fù)合鍍液的PH值優(yōu)選為2 4，能確保納米 復(fù)合鍍液性能的充分發(fā)揮和穩(wěn)定。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。圖1是先將鋼板置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中電鍍出鋅層厚度為3. 5 μ m的鍍鋅層， 再將其經(jīng)三價(jià)鉻鈍化溶液處理后，將其全部浸入濃度為5%的氯化鈉水溶液中浸泡34天， 取出后對(duì)其拍攝的照片，其中，圖Ia為鍍鋅鋼板的正面照片，圖Ib為鍍鋅鋼板的背面照片。 由該兩張照片可看出，鍍鋅鋼板上僅有極少的被腐蝕點(diǎn)出現(xiàn)，其被腐蝕的總面積不足鍍鋅 鋼板總面積的5% ；圖2是先將鋼板置于沒(méi)有添加納米氧化鋯的現(xiàn)有電鍍液中電鍍出鋅層厚度為 3. 5 μ m的鍍鋅層，再將其經(jīng)三價(jià)鉻鈍化溶液處理后，將其全部浸入濃度為5 %的氯化鈉水 溶液中浸泡20天，取出后對(duì)其拍攝的照片。由該張照片可看出，鍍鋅鋼板上被腐蝕的總面 積已超過(guò)鍍鋅鋼板總面積的50%。
具體實(shí)施例方式首先用常規(guī)方法制得或從市場(chǎng)購(gòu)得硫酸鋅、硫酸鈉、納米氧化鋯溶膠、檸檬酸，作 為水的蒸餾水和去離子水，以及硝酸鉻、次亞磷酸鈉、硫酸鈉和硼酸。接著，實(shí)施例1先將長(zhǎng)100mm、寬25mm、厚Imm的冷軋鋼板進(jìn)行堿溶液的浸泡除油處理和酸溶液的 酸洗除銹處理，再將其置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中，以其作為陰極、鋅板為正極，于電流密 度為ΙΑ/dm2下電鍍lmin，得到厚度為Ιμπι的鍍鋅層；其中，本發(fā)明納米復(fù)合鍍液由以下重 量百分比的組分組成硫酸鋅23%、硫酸鈉2%、納米氧化鋯溶膠0. 4%、檸檬酸0. 08%，其 余為蒸餾水，其中的納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑為3nm，納米氧化鋯溶膠 的重量百分比為按照氫氧氧鋯(ZrO(OH)2)計(jì)算，納米復(fù)合鍍液的pH值為2。
將電鍍完成的鍍鋅鋼板用水沖洗干凈后，置入三價(jià)鉻鈍化溶液進(jìn)行鈍化處理，鈍 化處理的時(shí)間為ls，鈍化的溫度為30°C ；其中，三價(jià)鉻鈍化溶液由濃度為28g/L的硝酸鉻、 13g/L的次亞磷酸鈉、8g/L的硫酸鈉、8g/L的硼酸和4g/L的檸檬酸相混合而成。鈍化結(jié)束 后，先將鍍鋅鋼板取出用水沖洗，再將其置于溫度為60°C下保溫4h。將鈍化后的鍍鋅鋼板置于濃度為5%的氯化鈉溶液中浸泡34天，得到近似于圖1 所示的鍍鋅鋼板。實(shí)施例2先將長(zhǎng)100mm、寬25mm、厚Imm的冷軋鋼板進(jìn)行堿溶液的浸泡除油處理和酸溶液的 酸洗除銹處理，再將其置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中，以其作為陰極、鋅板為正極，于電流密 度為3A/dm2下電鍍3min，得到厚度為2μπι的鍍鋅層；其中，本發(fā)明納米復(fù)合鍍液由以下重 量百分比的組分組成硫酸鋅24%、硫酸鈉2. 5%、納米氧化鋯溶膠1%、檸檬酸0. 16%，其 余為去離子水，其中的納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑為3. 5nm，納米氧化鋯 溶膠的重量百分比為按照氫氧氧鋯(ZrO(OH)2)計(jì)算，納米復(fù)合鍍液的pH值為2.5。將電鍍完成的鍍鋅鋼板用水沖洗干凈后，置入三價(jià)鉻鈍化溶液進(jìn)行鈍化處理，鈍 化處理的時(shí)間為8s，鈍化的溫度為27°C ；其中，三價(jià)鉻鈍化溶液由濃度為29g/L的硝酸鉻、 14g/L的次亞磷酸鈉、9g/L的硫酸鈉、9g/L的硼酸和5. 5g/L的檸檬酸相混合而成。鈍化結(jié) 束后，先將鍍鋅鋼板取出用水沖洗，再將其置于溫度為63°C下保溫3h。將鈍化后的鍍鋅鋼板置于濃度為5%的氯化鈉溶液中浸泡34天，得到近似于圖1 所示的鍍鋅鋼板。實(shí)施例3先將長(zhǎng)100mm、寬25mm、厚Imm的冷軋鋼板進(jìn)行堿溶液的浸泡除油處理和酸溶液的 酸洗除銹處理，再將其置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中，以其作為陰極、鋅板為正極，于電流密 度為5A/dm2下電鍍5min，得到厚度為3. 5 μ m的鍍鋅層；其中，本發(fā)明納米復(fù)合鍍液由以下 重量百分比的組分組成硫酸鋅26 %、硫酸鈉3 %、納米氧化鋯溶膠1.8%、檸檬酸0. 2 %，其 余為蒸餾水，其中的納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑為4nm，納米氧化鋯溶膠 的重量百分比為按照氫氧氧鋯(ZrO(OH)2)計(jì)算，納米復(fù)合鍍液的pH值為3。將電鍍完成的鍍鋅鋼板用水沖洗干凈后，置入三價(jià)鉻鈍化溶液進(jìn)行鈍化處理，鈍 化處理的時(shí)間為13s，鈍化的溫度為23°C;其中，三價(jià)鉻鈍化溶液由濃度為30g/L的硝酸鉻、 15g/L的次亞磷酸鈉、10g/L的硫酸鈉、10g/L的硼酸和7g/L的檸檬酸相混合而成。鈍化結(jié) 束后，先將鍍鋅鋼板取出用水沖洗，再將其置于溫度為65°C下保溫2. 5。將鈍化后的鍍鋅鋼板置于濃度為5%的氯化鈉溶液中浸泡34天，得到如圖1所示 的鍍鋅鋼板。實(shí)施例4先將長(zhǎng)100mm、寬25mm、厚Imm的冷軋鋼板進(jìn)行堿溶液的浸泡除油處理和酸溶液的 酸洗除銹處理，再將其置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中，以其作為陰極、鋅板為正極，于電流密 度為8A/dm2下電鍍8min，得到厚度為4μπι的鍍鋅層；其中，本發(fā)明納米復(fù)合鍍液由以下重 量百分比的組分組成硫酸鋅28%、硫酸鈉3. 5%、納米氧化鋯溶膠2. 6%、檸檬酸0. 25%, 其余為去離子水，其中的納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑為4. 5nm，納米氧化 鋯溶膠的重量百分比為按照氫氧氧鋯(ZrO(OH)2)計(jì)算，納米復(fù)合鍍液的pH值為3.5。
將電鍍完成的鍍鋅鋼板用水沖洗干凈后，置入三價(jià)鉻鈍化溶液進(jìn)行鈍化處理，鈍 化處理的時(shí)間為21s，鈍化的溫度為19°C;其中，三價(jià)鉻鈍化溶液由濃度為31g/L的硝酸鉻、 16g/L的次亞磷酸鈉、llg/L的硫酸鈉、llg/L的硼酸和8. 5g/L的檸檬酸相混合而成。鈍化 結(jié)束后，先將鍍鋅鋼板取出用水沖洗，再將其置于溫度為67°C下保溫2h。將鈍化后的鍍鋅鋼板置于濃度為5%的氯化鈉溶液中浸泡34天，得到近似于圖1 所示的鍍鋅鋼板。實(shí)施例5先將長(zhǎng)100mm、寬25mm、厚Imm的冷軋鋼板進(jìn)行堿溶液的浸泡除油處理和酸溶液的 酸洗除銹處理，再將其置于本發(fā)明納米復(fù)合鍍液中，以其作為陰極、鋅板為正極，于電流密 度為ΙΟΑ/dm2下電鍍lOmin，得到厚度為5μπι的鍍鋅層；其中，本發(fā)明納米復(fù)合鍍液由以下 重量百分比的組分組成硫酸鋅30 %、硫酸鈉4 %、納米氧化鋯溶膠3.5%、檸檬酸0. 3 %，其 余為蒸餾水，其中的納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑為5nm，納米氧化鋯溶膠 的重量百分比為按照氫氧氧鋯(ZrO(OH)2)計(jì)算，納米復(fù)合鍍液的pH值為2。將電鍍完成的鍍鋅鋼板用水沖洗干凈后，置入三價(jià)鉻鈍化溶液進(jìn)行鈍化處理，鈍 化處理的時(shí)間為25s，鈍化的溫度為15°C;其中，三價(jià)鉻鈍化溶液由濃度為32g/L的硝酸鉻、 17g/L的次亞磷酸鈉、12g/L的硫酸鈉、12g/L的硼酸和10g/L的檸檬酸相混合而成。鈍化結(jié) 束后，先將鍍鋅鋼板取出用水沖洗，再將其置于溫度為70°C下保溫lh。將鈍化后的鍍鋅鋼板置于濃度為5%的氯化鈉溶液中浸泡34天，得到近似于圖1 所示的鍍鋅鋼板。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液進(jìn)行各種改 動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā) 明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液，其特征在于所述納米復(fù)合鍍液由以下重量百分比的組分組成硫酸鋅23～30％、硫酸鈉2～4％、納米氧化鋯溶膠0.4～3.5％、檸檬酸0.08～0.3％，其余為水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液，其特征是納米氧化鋯溶膠中的 氧化鋯的單體顆粒的粒徑為3 5nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液，其特征是納米氧化鋯溶膠的重 量百分比為按照氫氧氧鋯計(jì)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液，其特征是納米復(fù)合鍍液的PH值 為2 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液，其特征是水為蒸餾水或去離子水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硫酸鹽鍍鋅用納米復(fù)合鍍液。它由以下重量百分比的組分組成硫酸鋅23～30％、硫酸鈉2～4％、納米氧化鋯溶膠0.4～3.5％、檸檬酸0.08～0.3％，其余為水；所述的納米氧化鋯溶膠中的氧化鋯的單體顆粒的粒徑為3～5nm，所述的納米氧化鋯溶膠的重量百分比為按照氫氧氧鋯計(jì)算，所述的納米復(fù)合鍍液的pH值為2～4，所述的水為蒸餾水或去離子水。使用其電鍍出來(lái)的鋅層外表光亮，平滑，具有銀白色泛藍(lán)的色澤，它既不需再使用六價(jià)鉻鈍化溶液來(lái)鈍化處理鍍鋅層，又使鍍鋅層具有了采用六價(jià)鉻鈍化鋅層相同甚至更好的防銹性能，更有著用料少，原料中無(wú)任何污染源，電鍍時(shí)不再需要強(qiáng)烈攪拌的優(yōu)點(diǎn)，它可廣泛地用于提高鍍鋅鋼鐵件在潮濕環(huán)境中的抗銹蝕能力。
文檔編號(hào)C25D15/00GK101906651SQ20091011697
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者田興友, 陳小川 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院