酸性氯化銨鍍鋅層變色問題研究

鄧建青*，李斌，董亞東，王林

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412000）

【經(jīng)驗(yàn)交流】

酸性氯化銨鍍鋅層變色問題研究

鄧建青*，李斌，董亞東，王林

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412000）

從鍍液硫脲含量以及鈍化后的烘烤和封閉工藝這三方面探討了酸性氯化銨體系鍍鋅層的變色問題。結(jié)果表明，鍍鋅液中硫脲含量過高和鈍化膜干燥不徹底均會(huì)導(dǎo)致鍍層變色。對(duì)鈍化膜進(jìn)行封閉處理可有效防止鍍鋅試樣變色。

酸性氯化銨鍍鋅；變色；硫脲；烘烤；封閉

First-author’s address:Zhuzhou Times New Material Technology Co. Ltd., Zhuzhou 412000, China

酸性氯化銨鍍鋅層結(jié)晶細(xì)膩、柔韌性和防腐性能優(yōu)良，但變色問題是該鍍鋅體系一直存在的難題，這也給很多廠商帶來巨大的損失；本文從主要添加劑硫脲的用量、鍍鋅后烘烤及封閉三方面對(duì)其變色問題進(jìn)行了研究，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了有效的預(yù)防措施。

1 試驗(yàn)

1. 1 工藝流程

脫脂→水洗→酸洗→水洗→電鍍→水洗→出光→水洗→鈍化→水洗→吹水→烘烤→性能檢測(cè)。

1. 2 配方與工藝

1. 2. 1 電鍍[1]

氯化銨220 ～ 250 g/L，氯化鋅30 ～ 40 g/L，檸檬酸50 ～ 70 g/L，硫脲1 ～ 2 g/L，聚乙二醇1 ～ 2 g/L。

1. 2. 2 鈍化

鉻酸酐3 ～ 5 g/L；濃硝酸(密度1.41 g/cm3)3 ～ 5 mL/L，濃硫酸(密度1.84 g/cm3)0.3 ～ 0.5 mL/L，KMnO40.08 ～0.12 g/L，pH 0.8 ～ 1.3，時(shí)間3 ～ 10 s。

1. 3 試驗(yàn)方案

1. 3. 1 硫脲用量試驗(yàn)

(1) 分別配制硫脲含量為1.0、1.5、2.0和2.5 g/L的氯化銨鍍鋅液，用兩槽液制備相應(yīng)的樣品。槽液溫度為23 °C，電流密度為2 A/dm2，時(shí)間30 min。

(2) 將2個(gè)試樣放入雙喜牌六保險(xiǎn)高壓鍋(口徑20 cm)，在120 °C、80 kPa條件下保溫保壓1 h后取出，對(duì)比分析外觀的變化。

1. 3. 2 烘烤試驗(yàn)

按正常氯化銨鍍鋅工藝進(jìn)行前處理、鍍鋅、鈍化和吹水。第一組樣板吹水冷風(fēng)干燥后直接放置，第二組樣板和第三組樣板冷風(fēng)吹水后分別在60 °C下烘烤5 min和20 min，每周觀察1次所有樣品的外觀變化。

1. 3. 3 封閉試驗(yàn)

2組樣品按正常工藝鍍鋅，其中1組用5%的肥皂水進(jìn)行封閉處理，冷風(fēng)吹水干燥。2組樣品均常溫放置，觀察樣品外觀隨放置時(shí)間的變化。

2 結(jié)果與討論

2. 1 硫脲用量的影響

硫脲用量試驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可知，高溫高壓試驗(yàn)后，硫脲用量為1.5、2.0和2.5 g/L的鍍鋅試樣由淡紫色轉(zhuǎn)變?yōu)樽虾谏?，色澤明顯變暗，并且隨試驗(yàn)時(shí)間延長(zhǎng)，變色程度加??；硫脲用量為1.0 g/L的鍍鋅試樣則無明顯變化。由此可知，鋅層變色和硫脲用量有關(guān)，硫脲用量增大時(shí)，鋅層變色的可能性會(huì)增大。

圖1 硫脲含量不同時(shí)鍍鋅試樣在高溫高壓試驗(yàn)后的外觀Figure 1 Appearance of zinc-plated samples obtained at different thiourea contents before and after high temperature and high pressure test編者注：圖1原為彩色，請(qǐng)見C1頁。

試樣在壓力鍋內(nèi)保溫保壓時(shí)，鍋內(nèi)溫度為120 °C左右，硫脲的分解溫度為180 °C，所以硫脲并未在高壓鍋內(nèi)分解，而是發(fā)生了其他化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋅層變色。鈍化膜由綠色三價(jià)鉻和紫色六價(jià)鉻[2]的堿式鉻酸鹽和水合物組成，而硫脲是改變?nèi)齼r(jià)鉻和六價(jià)鉻顏色組成的促進(jìn)劑。高溫高壓試驗(yàn)后，鈍化膜中三價(jià)鉻的顏色組成降低，六價(jià)鉻的顏色組成升高，因此由淡紫色轉(zhuǎn)變?yōu)樽虾谏?/p>

2. 2 烘烤工藝的影響

吹水后未干燥樣品放置14 d后出現(xiàn)明顯的彩色變淡、變模糊現(xiàn)象；放置30 d后嚴(yán)重變色(見圖2a)。吹水后60 °C烘烤5 min的樣品放置30 d后，彩色變淡、變模糊(見圖2b)。吹水后60 °C烘烤20 min的樣品放置30 d后，未發(fā)生明顯變化(見圖 2c)。因此，鈍化后進(jìn)行徹底干燥可有效防止鈍化膜變色。鈍化膜出現(xiàn)這種變色的原因可解釋如下：鈍化膜為多孔性膜層[3]，孔隙內(nèi)殘留的酸性水分在吹水時(shí)不能除去，而六價(jià)鉻化合物在潮濕狀態(tài)下容易溶解，使殘留水分呈酸性，導(dǎo)致鋅層溶解并與空氣中的CO2反應(yīng)生成鋅的氧化物，同時(shí)消耗六價(jià)鉻化合物，故色澤發(fā)生變化。

圖2 不同條件下烘干的鍍鋅試樣放置30 d后的外觀Figure 2 Appearance of zinc-plated samples baked under different conditions after laying aside for 30 d編者注：圖2原為彩色，請(qǐng)見C1頁。

2. 3 封閉的防變色效果

如圖3所示，封閉處理并冷風(fēng)吹干樣品放置30 d后無明顯變色，而未封閉的冷風(fēng)吹干樣品在放置14 d后即發(fā)生明顯的變色。由此可見，用5%肥皂溶液封閉處理有利于防止酸性氯化銨鍍鋅層變色。這可能是因?yàn)榉试硪撼蕢A性，而鈍化膜微孔中的殘留液呈酸性，兩者發(fā)生中和反應(yīng)，減緩或消除了殘留酸性溶液對(duì)鋅層的腐蝕。

圖3 封閉的防變色效果Figure 3 Anti-tarnishing efficiency of sealing編者注：圖3原為彩色，請(qǐng)見C1頁。

3 預(yù)防措施

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，可采取以下措施防止酸性氯化銨鍍鋅層變色：

(1) 控制硫脲含量在1.5 g/L以下，按少量多次的原則補(bǔ)加，避免硫脲含量超標(biāo)和大范圍波動(dòng)。

(2) 確保鍍鋅、鈍化后水洗徹底，并烘烤干燥。

(3) 鈍化后進(jìn)行封閉有利于避免變色，可使用肥皂水或?qū)Ｓ梅忾]劑進(jìn)行封閉。

按照以上措施處理后，產(chǎn)品儲(chǔ)存效果良好，目前最長(zhǎng)儲(chǔ)存時(shí)間為28個(gè)月。

4 結(jié)語

鍍鋅液硫脲過量和鈍化膜中殘留酸性溶液是導(dǎo)致酸性氯化銨鍍鋅層在放置過程中變色的重要因素，將鍍鋅液的硫脲含量控制在1.5 g/L以內(nèi)、鈍化后烘烤干燥和封閉處理均能有效防止變色。

[1] 任廣軍. 電鍍?cè)砼c工藝[M]. 沈陽： 東北大學(xué)出版社, 2001： 73.

[2] 《電鍍手冊(cè)》編寫組. 電鍍手冊(cè)(上冊(cè))[M]. 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社, 1977： 229-230.

[3] 曾華梁, 吳仲達(dá), 陳鈞武, 等. 電鍍工藝手冊(cè)[M]. 2版. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002： 117.

[ 編輯：周新莉 ]

Study on discoloration of zinc coating prepared from acid ammonium chloride zinc plating bath

DENG Arain*,LI Bin, DONG Ya-dong, WANG Lin

The discoloration problem of zinc coating prepared from acid ammonium chloride bath was discussed from three aspects including thiourea content in plating bath, baking process conditions, and sealing after passivation. The results showed that both excessive thiourea in zinc plating bath and incomplete drying of passivation film can cause the discoloration of zinc coatings. The discoloration of electroplated zinc coatings can be effectively prevented by sealing on passivation film.

acid ammonium chloride zinc plating; discoloration; thiourea; baking; sealing

TQ153.15

A

1004 - 227X (2015) 11 - 0632 - 03

2014-12-22

2015-03-03

鄧建青（1984-），男，江西新余人，工藝師，主要從事表面處理方面的研究工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) djq9898@126.com。