不同電鍍鋅添加劑對(duì)鈍化膜外觀與耐蝕性的影響

江茜*，胡哲，戴建和，楊娟，李玉梁，王杰

（武漢吉和昌化工科技股份有限公司，湖北 武漢 430023）

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不同電鍍鋅添加劑對(duì)鈍化膜外觀與耐蝕性的影響

江茜*，胡哲，戴建和，楊娟，李玉梁，王杰

（武漢吉和昌化工科技股份有限公司，湖北 武漢 430023）

分別以堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑、鉀鹽鍍鋅油溶性添加劑、鉀鹽鍍鋅水溶性添加劑制備鋅層，然后采用相同的三價(jià)鉻鈍化工藝，研究了不同電鍍鋅添加劑對(duì)鈍化膜外觀與耐蝕性的影響。結(jié)果表明：使用酸鋅水溶性添加劑所得鋅層鈍化膜的耐鹽霧性能最佳，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可在同等鈍化條件下替代中低端鋅酸鹽鍍鋅，使鈍化膜兼具功能性與裝飾性。

電鍍鋅；添加劑；藍(lán)白鈍化；外觀；耐蝕性；中性鹽霧試驗(yàn)

First-author’s address: Wuhan Jadechem Chemicals Co.， Ltd.， Wuhan 430023， China

自20世紀(jì)六七十年代國(guó)外成功研究了鍍鋅層銀鹽、銅鹽的六價(jià)鉻黑色鈍化工藝，且在生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用以來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)鍍鋅鈍化機(jī)理、工藝、配方等方面的研究一直在不斷地深入發(fā)展，且取得了非常多的成果［1-3］。鍍鋅鈍化的研究大多都是基于改善鈍化膜的外觀、耐蝕性能、環(huán)保性等方面進(jìn)行，然而影響鈍化膜性能的因素除鈍化本身外，作為基礎(chǔ)的電鍍鋅層的質(zhì)量也至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)電鍍鋅按電鍍?nèi)芤嚎煞譃樗拇箢悾呵杌镥冧\，鋅酸鹽鍍鋅，鉀鹽鍍鋅，以及硫酸鹽鍍鋅。不同類型、不同質(zhì)量的鋅層在同一鈍化條件下所得鈍化膜外觀及耐蝕性能會(huì)有差異［4-8］。本文分別以采用堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑、鉀鹽鍍鋅油溶性添加劑、鉀鹽鍍鋅水溶性添加劑時(shí)所得鋅層為基礎(chǔ)，研究了不同電鍍鋅添加劑對(duì)鈍化膜外觀與耐蝕性的影響，最終確定可使鈍化膜兼具功能性與裝飾性的電鍍添加劑。

1　實(shí)驗(yàn)

1. 1 試劑及儀器

以圖1所示的腳輪為試驗(yàn)工件，其主要包含支架（35 mm × 14 mm × 1.2 mm）和墊圈（47 mm × 7 mm × 4 mm）兩部分。

氧化鋅（分析純）、鋅粉（分析純）、氯化鋅（分析純）、硝酸（分析純），四成化學(xué)試劑公司；氫氧化鈉（工業(yè)級(jí)），天津渤天化工有限責(zé)任公司；氯化鉀（電鍍級(jí)），葫蘆島海隆化工有限公司；硼酸（工業(yè)級(jí)），上海世硼貿(mào)易有限公司；堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑628、鉀鹽鍍鋅油溶性添加劑801、鉀鹽鍍鋅水溶性添加劑808、低鹽霧三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化劑Cr-B1N、三價(jià)鉻黑色鈍化劑Cr-H4，武漢吉和昌化工科技股份有限公司；BJ-200高效水基清洗劑，武漢百潔科貿(mào)有限公司。

圖1 試驗(yàn)用的腳輪Figure 1 Caster to be tested

PHS-3C型雷磁pH計(jì)（上海儀器科學(xué)股份有限公司）；DHG-9075A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；XB-OTS-60精密型鹽霧試驗(yàn)機(jī)（東莞市欣寶有限公司）；FB-9517型全無(wú)油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)（上海捷豹壓縮機(jī)制造有限公司）；CJJ78-1磁力加熱攪拌器（無(wú)錫市華東化學(xué)試劑有限公司）；JE-1002電子天平（上海蒲春計(jì)量?jī)x器有限公司）。

1. 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

工藝流程為：除油→水洗→電鍍鋅（平均厚度8 μm）→水洗→出光→水洗→鈍化→水洗→熱風(fēng)吹干。

1. 2. 1 除油

BJ-200高效水基清洗劑3%，溫度50 °C，浸洗3 min。

1. 2. 2 電鍍鋅

1. 2. 2. 1 掛鍍，堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑628系列

氧化鋅12 g/L，氫氧化鈉125 g/L，628A 14 ～ 16 mL/L，628B 1 mL/L，628C 20 mL/L，陰極電流密度2 ～ 4 A/dm2，時(shí)間20 min。

1. 2. 2. 2 掛鍍，鉀鹽鍍鋅油溶性添加劑801系列

氯化鉀220 ～ 230 g/L，氯化鋅65 g/L，硼酸30 g/L，801A 1 mL/L，801B 30 mL/L，陰極電流密度1 ～ 2 A/dm2，時(shí)間10 min。

1. 2. 2. 3 掛鍍，鉀鹽鍍鋅水溶性添加劑808系列

氯化鉀220 ～ 230 g/L，氯化鋅65 g/L，硼酸30 g/L，808A 1 mL/L，808B 30 mL/L，陰極電流密度1 ～ 2 A/dm2，時(shí)間10 min。

1. 2. 3 出光

稀硝酸3‰，時(shí)間1 ～ 3 s。

1. 2. 4 鈍化

1. 2. 4. 1 藍(lán)白鈍

低鹽霧三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化劑Cr-B1N 30 mL/L，溫度20 ～ 35 °C，pH 2.0，時(shí)間40 s，均勻空氣攪拌。

1. 2. 4. 2 黑鈍

三價(jià)鉻黑色鈍化劑Cr-H4 180 mL/L，溫度25 ～ 35 °C，pH 2.0，時(shí)間20 s，均勻空氣攪拌。

1. 3 中性鹽霧測(cè)試

根據(jù)GB/T 9791-2003《鋅、鎘、鋁-鋅合金和鋅-鋁合金的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化膜試驗(yàn)方法》和GB/T 6461-2002《金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層 經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)》進(jìn)行中性鹽霧測(cè)試與評(píng)級(jí)［9-10］。中性鹽霧試驗(yàn)操作條件如下：氯化鈉含量在配制時(shí)為5%，實(shí)驗(yàn)中是4% ～ 6%，每天標(biāo)定濃度一次；pH在配制時(shí)為6.5，實(shí)驗(yàn)中是6.5 ～ 7.2（收集后測(cè)定）；壓縮空氣壓力（1.00 ± 0.01） kgf/cm2（相當(dāng)于0.098 MPa左右），連續(xù)不中斷；噴霧量1.0 ～ 2.0 mL/h，收集面積80 cm2，至少收集16 h，求平均值；壓力桶溫度（47 ± 1） °C；試驗(yàn)溫度（35 ± 1） °C，每天至少測(cè)試2次，間隔至少7 h；試驗(yàn)室相對(duì)濕度85%。

2　結(jié)果與討論

2. 1 電鍍鋅添加劑對(duì)鈍化膜外觀的影響

使用不同電鍍工藝所得鋅鍍層在同一鈍化工藝條件下所得鈍化膜的外觀均呈均勻的藍(lán)白色。但堿鋅628、酸鋅801所得鋅層鈍化后的膜層較使用酸鋅水溶性添加劑808所得鋅層鈍化后的膜層更加光亮，酸鋅801所得鋅層鈍化后的膜層則較易發(fā)黃。

2. 2 電鍍鋅添加劑對(duì)鈍化膜耐鹽霧性能的影響

使用不同電鍍鋅添加劑，在同一鈍化工藝條件下，對(duì)鈍化膜耐鹽霧性能的影響，結(jié)果酸鋅水溶性添加劑808 + Cr-B1N鈍化的試樣能耐32 h，堿鋅添加劑628 + Cr-B1N鈍化能耐24 h，酸鋅油溶性添加劑801 + Cr-B1N鈍化能耐20 h。可見，酸鋅使用水溶性添加劑808所得鋅層鈍化膜耐中性鹽霧時(shí)間最長(zhǎng)，同一鈍化工藝條件下甚至超過(guò)使用628添加劑所得堿鋅鈍化膜。

鹽霧測(cè)試結(jié)束后，工件出現(xiàn)白銹的情況如圖2-4所示。經(jīng)歷36 h鹽霧試驗(yàn)后，酸鋅水溶性添加劑808配合三價(jià)鉻鈍化劑Cr-B1N所得鈍化膜的白銹面積小于分別經(jīng)歷 24 h鹽霧試驗(yàn)的堿鋅添加劑628加三價(jià)鉻鈍化劑Cr-B1N和經(jīng)歷20 h鹽霧試驗(yàn)的酸鋅油溶性添加劑801加三價(jià)鉻鈍化劑Cr-B1N所得鈍化膜產(chǎn)生的白銹面積。

圖2 酸鋅水溶性添加劑808+鈍化Cr-B1N所得試樣經(jīng)32 h中性鹽霧試驗(yàn)后的照片F(xiàn)igure 2 Photos showing the samples electroplated with water-soluble acid zinc additive 808 and passivated with Cr-B1N after a 32-hour neutral salt spray test

圖3 堿鋅添加劑628+鈍化Cr-B1N所得試樣經(jīng)24 h中性鹽霧試驗(yàn)后的照片F(xiàn)igure 3 Photos showing the samples electroplated with alkaline zinc additive 628 and passivated with Cr-B1N after a 24-hour neutral salt spray test

圖4 酸鋅油溶性添加劑801+鈍化Cr-B1N所得試樣經(jīng)20 h中性鹽霧試驗(yàn)后的照片F(xiàn)igure 4 Photos showing the samples electroplated with oil-soluble acid zinc additive 801 and passivated with Cr-B1N after a 20-hour neutral salt spray test

由此可知，同一鈍化工藝條件下，使用酸鋅水溶性添加劑 808所得鋅層鈍化膜的耐鹽霧性能最佳。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，甚至可在同等鈍化條件下替代中低端堿鋅，使鈍化膜兼具功能性與裝飾性。

電鍍鋅是進(jìn)行鈍化處理的基礎(chǔ)，也是保證鈍化膜質(zhì)量的關(guān)鍵。若鋅層分散性、致密度較差，厚度較薄，即使有良好的鈍化液，適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)、設(shè)備條件以及技術(shù)高超的操作人員，也無(wú)法獲得符合質(zhì)量要求的鈍化膜。酸鋅水溶性添加劑808，其主光亮劑可完全水溶，無(wú)刺激性氣味，輔助劑中只含少量載體光亮劑，因此槽液中有機(jī)物含量較使用油溶性添加劑大幅減少，鋅層中夾雜的有機(jī)雜質(zhì)也相應(yīng)降低，鍍鋅層分布更加均勻致密，從而極大地改善了鈍化膜的外觀與耐鹽霧性能，使之在同一鈍化工藝條件下，更加均勻美觀，耐蝕性能更加優(yōu)異。

3　應(yīng)用實(shí)例

在鑄鐵件上往往采用鋅酸鹽鍍鋅，但其存在電流效率低、上鋅慢等缺點(diǎn)，而傳統(tǒng)鉀鹽鍍鋅光亮劑分散性差，鋅層脆性大，難以滿足市場(chǎng)要求。鉀鹽鍍鋅水溶性光亮劑 808恰好彌補(bǔ)了兩者的缺點(diǎn)，在同等厚度及鈍化條件下，其鈍化膜的外觀及耐蝕性能較中低端堿性鋅層更具優(yōu)越性。青島某電鍍廠掛鍍鑄鐵件產(chǎn)品，先后使用國(guó)內(nèi)多家公司提供的油性光亮劑，均出現(xiàn)低區(qū)凹槽處發(fā)黑現(xiàn)象，且發(fā)黑處無(wú)法形成鈍化膜，如圖5所示。

使用鉀鹽鍍鋅水溶性光亮劑808后，低區(qū)凹槽部分完全變亮，鈍化后更加均勻美觀，如圖6所示。

除掛鍍件外，滾鍍件也同樣會(huì)因鍍鋅添加劑的不同而在同一鈍化條件下得到不同質(zhì)量的鈍化膜。深圳某電鍍廠采用鉀鹽鍍鋅水溶性光亮劑808滾鍍的產(chǎn)品經(jīng)鈍化后，得到了高質(zhì)量的鈍化膜，如圖7所示。

圖5 某鑄鐵件用A公司提供的油性光亮劑鉀鹽鍍鋅并鈍化后的外觀Figure 5 Appearance of a casting treated by potassium chloride zinc plating with a company’s oil-based brightener and passivation

圖6 某鑄鐵件用水溶性光亮劑808鉀鹽鍍鋅并鈍化后的外觀Figure 6 Appearance of a casting treated by potassium chloride zinc plating with water-soluble brightener 808 and passivation

圖7 滾鍍產(chǎn)品經(jīng)水溶性光亮劑808鉀鹽鍍鋅并鈍化后的外觀Figure 7 Appearance of products treated by potassium chloride zinc barrel plating with water-soluble brightener 808 and passivation

在標(biāo)準(zhǔn)件上，用傳統(tǒng)鉀鹽鍍鋅光亮劑所得工件，鈍化后顏色相差較大，而采用水溶性光亮劑808所得鋅層，鈍化后顏色更加均勻美觀。浙江衢州某標(biāo)準(zhǔn)件電鍍廠使用鉀鹽鍍鋅水溶性光亮劑 808加三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化后所得產(chǎn)品如圖8所示。

圖8 某標(biāo)準(zhǔn)件使用水溶性光亮劑808鉀鹽鍍鋅加藍(lán)白鈍化處理后的外觀Figure 8 Appearance of a standard part treated by potassium chloride zinc plating with water-soluble brightener 808 and blue-white passivation

4　結(jié)論

（1） 電鍍鋅是進(jìn)行鈍化處理的基礎(chǔ)，也是保證鈍化膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

（2） 對(duì)于酸鋅而言，采用水溶性添加劑所得鍍層的鈍化膜比采用油溶性添加劑所得鍍層的鈍化膜更加均勻、美觀，耐蝕性能更加優(yōu)異。

（3） 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，酸鋅水溶性添加劑甚至可在同等鈍化條件下替代中低端堿鋅，使鈍化膜兼具功能性與裝飾性。

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［ 編輯：溫靖邦 ］

Effects of different zinc electroplating additives on appearance and corrosion resistance of passivation film on zinc coating

JⅠANG Qian*， HU Zhe， DAⅠ Jian-he， YANG Juan， LⅠ Yu-liang， WANG Jie

Zinc coatings were electroplated with alkaline zincate zinc plating additive， oil-soluble potassium chloride zinc plating additive， and water-soluble potassium chloride zinc plating additive respectively， and then treated with a same trivalent chromium passivation process. The effects of different zinc plating additives on appearance and corrosion resistance of passivation film were studied. The results showed that the passivation film formed on the zinc coating prepared with a water-soluble acid zinc plating additive has the best resistance to salt spray corrosion. Ⅰn practical applications， acid zinc electroplating with a water-soluble additive makes the passivation films having both functional and decorative effects， being an alternative for low to mid-class zincate zinc electroplating under the same passivation conditions.

zinc electroplating； additive； blue-white passivation； appearance； corrosion resistance； neutral salt spray test

TQ153.15； TG178

A

1004 - 227X （2016） 07 - 0354 - 04

2015-08-20

2016-02-05

江茜（1987-），女，湖北武漢人，碩士，從事電鍍后處理研究。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） 599218263@qq.com。