电镀锌硅酸盐钝化工艺及机理研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇电镀锌硅酸盐钝化工艺及机理研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：随着社会的发展与进步，重视电镀锌硅酸盐钝化工艺对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍电镀锌硅酸盐钝化工艺及机理研究的有关内容。

关键词电镀；硅酸盐；钝化；工艺；机理；技术；

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：

引言

金属的腐蚀给人类带来巨大的经济损失和社会危害。电镀锌是提高钢铁抗腐蚀能力的有效途径，但是锌镀层在潮湿的环境中，镀层极易发生腐蚀，从而失去防护作用。为进一步提高镀锌层的耐蚀性，提高其表面质量，延长其使用寿命，需对其进行钝化处理。传统铬酸盐钝化处理毒性大，污染环境和危害人体健康。

一、概述

电镀是金属防腐蚀常用技术之一。电镀锌是提高钢铁抗腐蚀能力的有效途径，目前广泛地应用于造船工业、机械工业、航空、建筑等许多领域中。但在潮湿的环境中，尤其在不通风的湿热环境中，镀层极易发生腐蚀，表面形成暗灰色或白色疏松的腐蚀产物—白锈，影响外观质量;时间长了会出现红锈，从而失去防腐效果。因此，在生产过程中，为了改善金属或镀层制品表面耐蚀性能和涂装性能，提高其表面质量，延长其使用寿命，一般都要对其进行适当的钝化处理。钝化处理属一种化学转化膜技术，它是通过化学或电化学等手段，使金属或镀层表面由活泼态转变成不活泼态的过程。

二、化学转化膜的定义

化学转化膜又称金属转化膜(钝化膜)。它是金属(包括镀层金属)表层原子与介质中的阴离子相互反应，在金属表面生成附着力良好的隔离层，这层化合物隔离层称为化学转化膜，而这个反应过程被称为金属的钝化过程。在本论文中采用的是化学处理液，使金属表面与溶液界面上产生的化学或电化学反应，生成稳定的化合物的薄膜处理技术。有人用下面反应式来严格定义和表达化学转化膜的产生:

式中，M表示表层的金属原子;Az一表示介质中价态为z的阴离子，e为电子。

化学转化膜同金属上别的覆盖层(如电镀层)不一样，它是基体金属与选定的介质起反应，生成自身转化产物(MmA。)。反应式中，电子是作为反应产物来表征的。这就表明，化学转化膜的形成既可以是金属/介质界面间的纯化学反应，也可以是在施加外电源的条件下所进行的电化学反应。对于前一种情形，反应式所产生的电子将交给介质中的氧化剂;在后一种情形下，电子将交给与外电源接通的阳极，并以阳极电流所形式脱离反应体系。化学转化膜的形成过程相当复杂，它可以是在不同程度上综合化学、电化学和物理化学等多个过程的结果。而该反应式只是用来定义，化学转化膜的一种表达方式。

三、镀锌及钝化试验工艺

3.1镀锌工艺的选择

镀锌电解液可分为碱性和弱酸性两大类，国内外常用的有无氰锌酸盐镀锌、氰化物镀锌、钱盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌等，各种体系都有各自的优缺点。通过综合对比考虑，本论文拟采用氯化物体系进行电镀锌。这不仅是因为氯化物镀液具有成分简单，镀液稳定，使用维护方便。而且氯化物镀液是不含络合剂的单盐镀液，废水极易处理;镀层的光亮性和整平性优于其它镀液体系;电流效率高，沉积速度快;容易施镀于氢过电位低的钢材如高碳钢、铸件、锻件等。

氯化物镀锌溶液根据导电盐的不同又分为3种体系，分别是氯化氨体系、氯化钾体系和氯化钠体系。查阅大量资料对这三种体系做综合比较，如表1所示:

表1氯化物镀锌液的优缺点

经过综合对比，氯化钾体系镀液具有:导电性好，镀层脆性小，镀层结晶细致、光亮，配置成本低，镀液处理简单等优点，故本论文拟采用氯化钾镀液进行施镀，并对该镀层进行钝化工艺研究。

3.2氯化钾镀锌溶液组成

其中，电流密度选用1. S A/dm2，电镀时间为20分钟。.镀层厚度采用Hcc- 24涂层测厚仪进行测定，试样镀层厚度6一10 μm.

3.2.1铬酸盐钝化液的组成及工艺

试验中将硅酸盐钝化工艺与小哨电镀厂用的GR-10高耐蚀蓝白钝化工艺进行对比(以下均称为低铬酸盐钝化)，低铬酸盐钝化液的组成及操作工艺如下:

3.2.2钝化工艺流程

镀锌层钝化处理工艺流程如下:

试样除油一水洗一酸洗一水洗一活化一，水洗一电镀Zn一水洗~出光一水洗一钝化一水洗一吹干。其中，出光液为自配浓度约3%0稀HNO3溶液，出光时间55左右。

四、硅酸盐钝化工艺应用前景

4.1不同镀层硅酸盐钝化膜盐雾试验对比

采用中性盐雾试验方法，对锌镀层、锌铁合金镀层的硅酸盐钝化膜耐腐蚀性能进行检测，并比较其结果。表2为不同镀层硅酸盐钝化膜中性盐雾试验结果。由表2可知，Zn一Fe合金镀层硅酸盐钝化膜的抗出白锈时间略高于Zn镀层硅酸盐钝化膜，说明硅酸盐钝化工艺能够应用于Zn一Fe合金镀层中去，并且此工艺能显著提高Zn一Fe合金镀层的耐蚀性能，硅酸盐钝化工艺适用性好。

表2不同镀层硅酸盐钝化膜中性盐雾试验对比

4.2应用前景分析

针对镀锌层开发的硅酸盐钝化工艺，经过在Zn一Fe合金镀层中的试探性应用试验，得知硅酸盐钝化工艺能够成功应用于Zn一Fe合金镀层中，显著提高了Zn一Fe合金镀层的耐腐蚀性能，且其钝化膜耐蚀性高于镀锌钝化膜，可见，硅酸盐钝化工艺的适用性较好，能够在Zn一Fe合金镀层中直接应用。而因低铁含量(0.2%一0.8%)锌铁合金镀层具有优良的抗蚀性能、机械性能、焊接性能和漆膜的附着性能等优良性能，在日、美等发达国家已得到普遍应用，多用于汽车、机械、电子和电器各种部件;我国也在九十年代开始进行研究和开发，目前zn一Fe合金镀层在国内也开始应用于生产[64]。zn一Fe合金镀层作为镀锌层的升级工艺，有广泛的应用前景，有必要对其进行试验研究。将硅酸盐钝化工艺应用于低铁含量Zn一Fe合金镀层中，并针对Zn一Fe合金镀层对硅酸盐钝化工艺进行进一步改善，则钝化效果能得到进一步提高。另外，硅酸盐钝化工艺无毒无污染，符合绿色环保要求，其应用前景十分可观。

结束语

综上所述，镀锌硅酸盐钝化工艺稳定性能好，耐蚀性优于传统低铬钝化工艺，操作简单，成本低，无毒、无污染，可改善电镀锌行业环境污染的现状。因此，硅酸盐钝化工艺在代替传统含铬钝化、促进电镀行业实现绿色生产方面，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]柯伟.中国腐蚀调查报告[M].北京:化学工业出版社，2011

[2]李鑫庆，陈迪勤，宇静琴.化学转化膜技术与应用[M].北京:机械工业出版社，2010

[3]吴双成.高耐蚀性低铬钝化工艺的应用[J].材料保护，19%，29(3):33一34

[4]曾祥德.镀锌层铬酸盐钝化经验谈[J].材料保护，2002，25(9):44礴7

[5]李鸿宾.镀锌层表面硝酸饰盐钝化研究[硕士学位论文].沈阳:东北大学2002

[6]张景双，安茂忠等.电镀锌及锌合金镀层钝化处理的应用与发展[J]，材料保护，

2009，32(7):14一16