CN102839366A - 三价铬钝化液及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面处理领域，具体涉及三价铬钝化液及其使用方法。本发明提供了一种不含钴离子的三价铬钝化液，该钝化液毒性比六价铬小一百倍，具有环保性和提高零件电镀层的抗腐蚀能力的优势。该铬钝化液中含有基本组分和关键组分，溶剂为水，组分用量为：基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L至少一种。钝化条件：30-40℃，pH值1.8-2.5，时间55-65S。采用该钝化液及钝化条件可使得镀层厚度可达20μm以上，可通过240h中性盐雾实验，产品外观光亮均匀，溶液杂质容忍度高，使用寿命长，操作范围宽，不含铅、汞、镉、六价铬，库存与使用过程中不会析出六价铬，全过程环保，符合ROHS标准，得到多家应用厂家的认可。

Description

三价铬钝化液及其使用方法
技术领域
本发明属于表面处理领域，具体涉及三价铬钝化液及其使用方法。
背景技术
以往，金属电镀镀层是采用含有六价铬的化工材料对金属进行表面处理，而六价铬属于第一类危险物质，是致癌物，所处理的产品的电镀层中含有六价铬，对人体有害，致癌性强；而且产品报废后，通常是填埋处理，填埋会致使有害物质转移到土壤中，污染环境。而现有的三价铬钝化处理液杂质容忍度低，影响镀层最终耐蚀性，操作范围窄，外观溶液发雾、发花，并且由于配方中大多含钴，在库存和使用过程中，会使部分三价铬氧化成六价铬，产品存在环保隐患。
本发明的发明人提供了一种全新的三价铬钝化液及其金属电镀层表面处理方法。
发明内容
本发明所解决的第一个技术问题是提供一种不含钴离子的三价铬钝化液，本发明的三价铬钝化液毒性比六价铬小一百倍，具有环保性和提高零件电镀层的抗腐蚀能力的优势。
本发明三价铬钝化液中，含有基本组分和关键组分，溶剂为水配制钝化液，基本组分和关键组分的用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L，草酸盐0.5-5g/L，有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L，钼酸盐4-12g/L，硅化物0.5-5g/L至少一种。
优选组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L至少一种。
本发明钝化液中，关键组分对于钝化液的防腐蚀效果起主要影响：
1、当择一使用关键组分时，处理的试样能形成钝化膜，外观光亮但会局部发雾，有一定耐蚀性能，存放一星期测试无六价铬析出。
本发明三价铬钝化液中，溶剂为水，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L任意一种。
优选组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L任意一种。
2、当混合使用两种关键组分时，处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮、无局部发雾，杂质容忍性高，耐蚀性能和溶液使用寿命较择一使用关键组分时提高，存放一星期测试无六价铬析出。
本发明三价铬钝化液中，溶剂为水，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L任意两种。
优选组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L任意两种。
3、当同时使用三种关键组分时，处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮、无局部发雾，杂质容忍性高，耐蚀性能和溶液使用寿命较混合使用两种关键组分时又有所提高，存放一星期测试无六价铬析出。
本发明三价铬钝化液中，溶剂为水，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L。
优选组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L。
本发明钝化液中，硫酸铬：是主盐，为钝化液提供金属铬离子，是成膜的骨架。硝酸钠：提供硝酸根离子，是钝化成膜的载体。草酸盐：提供配位体，与铬形成稳定络合物，与缓蚀剂协同，参与钝化成膜。有机酸：可采用醋酸、酒石酸、柠檬酸中的至少一种，调节钝化液的pH值，控制钝化成膜的反应速度。钨酸盐：在钝化液中加入少许，可以起到稳定颜色的作用，可以形成色彩均匀的钝化膜，提高耐腐蚀性能。钼酸盐：在钝化的过程中与锌反应形成缓蚀剂，增加钝化液的耐腐蚀性能；不加钼酸盐耐蚀性能不能达到最佳状态。硅化物：是硅胶的一种，三价铬钝化膜层是有空隙的膜层，加入硅化物后它会沉积在三价铬骨架的孔隙中，在钝化液中封闭钝化膜，提高钝化膜的致密性，从而提高钝化膜的耐蚀性。
其中，钨酸盐可采用钨酸钠、钨酸钾；钼酸盐可采用钼酸钠、钼酸钾；草酸盐可采用草酸钠、草酸钾。
本发明所解决的第二个技术问题是应用本发明三价铬钝化液的使用方法：
A、配制钝化液：按照下述基本组分和关键组分用量溶于水中配制钝化液：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L至少一种；
B、将钝化样品置于钝化液中，控制钝化条件：温度为30-40℃，pH值为1.8-2.5，时间为55-65S。
其中：
配制钝化液优选按照下述基本组分和关键组分用量配制钝化液：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L至少一种。
进一步的，可以如前所述择一使用、两两混合使用和三者同时使用关键组分。
钝化温度如果低于30℃会产生钝化膜层薄，光亮度稍差，耐蚀性减弱的缺陷，如果高于40℃会产生钝化膜层疏松，耐蚀性差的缺陷。采用温度30-40℃可达到外观光亮、均匀，膜层致密性好，耐蚀性优良的效果。
钝化时，pH值若低于1.8，酸度过大，钝化液对锌电镀层的溶解能力变大，杂质聚集多，影响锌镀层厚度以及钝化液寿命，防腐性下降；pH值若高于2.5，钝化膜形成速度变慢，钝化膜层变薄，影响外观及耐蚀性。故pH值采用1.8-2.5的范围值。
综上，采用本发明钝化液，配合该钝化条件可使得镀层厚度可达20μm以上，使用全部关键组分时可通过240h中性盐雾实验，产品外观光亮均匀、不发雾、不发花、溶液杂质容忍度高，使用寿命长，操作范围宽，不含铅、汞、镉、六价铬，库存与使用过程中不会析出六价铬，全过程环保，符合ROHS标准，得到上汽、播音公司、丰田公司、雅马哈等应用厂家的认可。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，说明但不限制本发明。
本发明钝化液是以硫酸铬，硝酸钠，草酸盐，有机酸为基本组分，钨酸盐，钼酸盐，硅化物为关键组分，溶剂为水，按照下述组分用量溶于水中配制钝化液：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L至少一种。
优选组分用量：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L至少一种。
然后在下述条件下钝化处理金属表面：温度为30-40℃，pH值为1.8-2.5，时间为55-65S。以下实施例按照使用方法处理试样，考察各实施例的钝化效果。
实施例1
硫酸铬25g/L、硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成处理液，调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样形成的钝化膜不连续，不完整。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例2
硫酸铬25g/L、硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成处理液，调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成钝化膜，但外观会出现局部发雾，有一定耐蚀性能。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例3
硫酸铬25g/L，硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，钨酸盐1.5g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成钝化膜，外观光亮但会局部发雾，有一定耐蚀性能，存放一星期测试无六价铬析出。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钨酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例4
硫酸铬25g/L，硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，硅化物1g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成钝化膜，外观光亮但会局部发雾，有一定耐蚀性能，存放一星期测试无六价铬析出，耐蚀性在实施例3的基础上增加。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例5
硫酸铬25g/L，硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，钼酸盐8g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成钝化膜，外观光亮全光亮，有一定耐蚀性能，存放一星期测试无六价铬析出，耐蚀性在实施例4的基础上增加。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钼酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例6
硫酸铬25g/L，硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，硅化物1g/L，钨酸盐1.5g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮、无局部发雾，杂质容忍性高，耐蚀性能和溶液使用寿命较择一使用关键组分时提高，存放一星期测试无六价铬析出。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钨酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例7
硫酸铬25g/L，硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，钨酸盐1.5g/L，钼酸盐8g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮、无局部发雾，杂质容忍性高，存放一星期测试无六价铬析出。溶液使用寿命增加，耐蚀性在实施例6的基础上增加。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钼酸盐采用其钠、钾盐均可。钨酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例8
硫酸铬25g/L，硝酸钠5g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，硅化物1g/L，钼酸盐8g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮、无局部发雾，杂质容忍性高，存放一星期测试无六价铬析出。溶液使用寿命增加，耐蚀性在实施例7的基础上增加。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钼酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例9
硫酸铬20/L、硝酸钠4g/L，钨酸盐1g/L，钼酸盐7g/L，草酸盐0.5g/L，有机酸2g/L，硅化物0.5g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮，杂质容忍性高，操作范围宽，存放一星期测试无六价铬析出。耐蚀性能和溶液使用寿命较两两混合使用关键组分时提高。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钼酸盐采用其钠、钾盐均可。钨酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例10
硫酸铬25/L、硝酸钠5g/L，钨酸盐1.5g/L，钼酸盐7g/L，草酸盐0.5g/L，有机酸2.5g/L，硅化物0.5g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2，温度30℃，处理约1min。处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观光亮全光亮，杂质容忍性高，操作范围宽，存放一星期测试无六价铬析出，溶液使用寿命增加，耐蚀性在实施例9的基础上增加。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钼酸盐采用其钠、钾盐均可。钨酸盐采用其钠、钾盐均可。
实施例11
硫酸铬30g/L、硝酸钠6g/L，钨酸盐2g/L，钼酸盐8g/L，草酸盐1g/L，有机酸3g/L，硅化物1g/L，将上述物质按以上浓度溶解于水中，形成三价铬钝化处理液。调整pH值为2.2，温度为35℃，处理约1min。处理的试样能形成稳定的钝化膜，外观全光亮，杂质容忍性进一步提高，操作范围宽，存放一星期测试试样无六价铬析出，溶液使用寿命增加，耐蚀性在实施例10的基础上增加，达到最佳状态。
其中，草酸盐采用其钠、钾盐均可。钼酸盐采用其钠、钾盐均可。钨酸盐采用其钠、钾盐均可。
总之，本发明适用于镀锌、锌合金电镀层的三价铬钝化处理，溶液稳定，操作方便，经济实用，外观漂亮，耐蚀性优，库存和使用过程中无六价铬有害物质析出。

Claims (10)

1.三价铬钝化液，其特征在于：含有基本组分和关键组分，溶剂为水，其组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L至少一种。
2.根据权利要求1所述的三价铬钝化液，其特征在于：基本组分和关键组分的用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L至少一种。
3.根据权利要求1所述的三价铬钝化液，其特征在于：择一使用关键组分时，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L任意一种。
4.根据权利要求3所述的三价铬钝化液，其特征在于：择一使用关键组分时，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L任意一种。
5.根据权利要求1所述的三价铬钝化液，其特征在于：两两混合使用关键组分时，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L任意两种。
6.根据权利要求5所述的三价铬钝化液，其特征在于：两两混合使用关键组分时，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L任意两种。
7.根据权利要求1所述的三价铬钝化液，其特征在于：使用全部关键组分时，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L。
8.根据权利要求7所述的三价铬钝化液，其特征在于：使用全部关键组分时，基本组分和关键组分的组分用量为：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L。
9.三价铬钝化液的使用方法，其特征在于：步骤如下：
A、配制钝化液：溶剂为水，按照下述基本组分和关键组分用量溶于水中配制钝化液：
基本组分：硫酸铬20-50g/L、硝酸钠2-15g/L、草酸盐0.5-5g/L、有机酸1-15g/L；
关键组分：钨酸盐1-10g/L、钼酸盐4-12g/L、硅化物0.5-5g/L至少一种；
B、将钝化样品置于钝化液中，控制钝化条件：温度为30-40℃，pH值为1.8-2.5，时间为55-65S。
10.根据权利要求9所述的三价铬钝化液的使用方法，其特征在于：按照下述基本组分和关键组分用量溶于水中配制钝化液：
基本组分：硫酸铬20-30g/L、硝酸钠4-6g/L、草酸盐0.5-1g/L、有机酸2-3g/L；
关键组分：钨酸盐1-2g/L、钼酸盐6-8g/L、硅化物0.5-1g/L至少一种。
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林恒: ""镀锌层钝化膜的研究进展"", 《长江大学学报》 *
梅天庆 等: ""镀锌层高耐蚀性三价铬钝化工艺研究"", 《电镀与精饰》 *

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