CN103255405A - 一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液及其应用，该钝化液含有如下组分：硼酸、双氧水、三价铈盐、植酸、水，所述钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1～50：24.5～245：1.66～83.2：0.62～62：1722～17220。所述钝化液用于镀锌金属板的表面处理。本发明的镀锌抗盐雾钝化液用于镀锌金属板的表面处理处理后，能使镀锌金属板具有抗盐雾性能，耐蚀性也显著提高，实验证明镀锌钢板经处理后，对醋酸铅溶液的耐蚀时间由未钝化前的平均31s上升到35～360s，抗盐雾时间由未钝化前的平均6h上升到6～180h。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液及其应用，尤其涉及一种绿色环保稀土/H2O2/植酸复合钝化液及其应用。
背景技术
镀锌是常用的提高金属材料抗腐蚀的有效方法，但在潮湿的环境中，裸露的镀锌层很容易被腐蚀形成疏松状的白锈。由于锌的化学性质比较活泼，在密闭或通风不良且空气潮湿的条件下，易遭受腐蚀，通常在镀锌件外表面还会进行金属钝化处理，以进一步提高其使用寿命。传统六价铬酸盐钝化液因性能稳定，成本低廉，使用方便，抗蚀性能好，钝化工艺简单等特点而得到广泛应用。但是六价铬毒性很高并且会引起致癌，对人体和环境的危害很大，近年来随着环保意识的提高，世界各国都严格限制六价铬的使用。目前，国内外不断加大对无铬钝化新技术的研发，无铬钝化主要包括有机钝化和无机钝化以及有机无机的复合钝化，通常单一的有机物钝化有着较强的耐蚀性，但附着力和耐热性较差，无机物则与之相对，耐腐蚀性略差，而附着力和耐热性较好。无铬钝化中有机物钝化加入无机物，或者无机物钝化中加入有机物时能够起到协同缓蚀和性能互补作用，从而提高钝化膜的耐腐蚀性等性能。新型的无铬钝化工艺代替传统的六价铬钝化是必然趋势。
广东省沿海地区盐雾腐蚀严重的现状，尽管成品的钢制金属框架表面已经镀上一层金属锌。外层锌对防止盐雾腐蚀作用有限，一般运行2.5年后，需进行一次油漆处理。针对沿海输电线路铁塔腐蚀严重的情况，保护并延长钢制金属框架输电线路的抗盐雾腐蚀能力是目前亟待解决的问题。
稀土金属盐（铈、镧）可在金属表面形成稀土氧化物或者氢氧化物等沉淀覆盖在镀锌件表面，隔绝了镀锌层与腐蚀介质的接触，降低锌的流失速率。同时稀土物质可以抑制金属腐蚀的阴极过程，降低镀锌层的腐蚀速率，提高锌层耐蚀性能。采用单一的铈盐溶液处理镀锌件，得到一层钝化膜，并且研究发现它对锌件具有很好的防蚀作用，但这方法的钝化时间过长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液及其应用。
针对现有技术中所存在的不足，本发明采用的技术方案是：
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，该钝化液含有如下组分：硼酸、双氧水、三价铈盐、植酸、水，所述钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1～50：24.5～245：1.66～83.2：0.62～62：1722～17220。
优选的，所述钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1～20：24.5～122.5：1.66～83.2：0.62～62：1722～17220。
优选的，三价铈盐为氯化铈、溴化铈、硝酸铈、硫酸铈中的至少一种。
优选的，所述稀土无铬钝化液为各组分混合均匀所得溶液。
本发明镀锌抗盐雾钝化液的制备方法，包括以下步骤：将硼酸（H3BO3）、过氧化氢（H2O2）、三价铈盐、水（H2O）、植酸（C6H18O24P6）混合，搅拌均匀，既得。
本发明镀锌抗盐雾钝化液为黄色透明溶液。
上述稀土无铬钝化液的使用方法，包括以下步骤：
1) 将镀锌金属材料浸泡于所述的稀土无铬钝化液中，10～80℃恒温条件下，静置钝化；
2) 将钝化后的镀锌金属材料水洗，然后静置待钝化膜老化。
优选的，静置钝化时间为5 s～20 min。
镀锌金属材料经过本发明镀锌抗盐雾钝化液钝化后，镀锌金属材料表面可呈现稀土离子光泽。本发明所述镀锌金属材料可以为镀锌钢板、镀锌钢卷等。
本发明的有益效果是：
本发明采取稀土与有机钝化结合的技术，锌表面经过表面处理后，可以在其表面原位生成浓厚致密的有机与无机复合薄膜。本发明在稀土铈盐溶液中加入了H2O2和植酸，制成的钝化液抗盐雾，钝化膜的耐蚀性显著提高，由于膜的表面形貌对耐蚀性有重要影响，植酸和H2O2参与稀土钝化膜的形成，细化结晶晶粒，使耐蚀性能得到提高。镀锌钢板经处理后，对醋酸铅溶液的耐蚀时间由未钝化前的平均31s上升到35～360s，抗盐雾时间由未钝化前的平均6h上升到6～180h。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：24.5：1.66：0.62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min。
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例2
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：24.5：1.66：62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，30℃恒温条件下，静置钝化2min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例3
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：24.5：1.66：0.62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，50℃恒温条件下，静置钝化1min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例4
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：24.5： 83.2：0.62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，20℃恒温条件下，静置钝化50s；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例5
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、溴化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：245：83.2：62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，30℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例6
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：24.5：1.66：0.62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例7
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、硝酸铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：245：1.66：0.62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，50℃恒温条件下，静置钝化50s；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例8
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：24.5：83.2：62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例9
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：24.5：1.66：62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，30℃恒温条件下，静置钝化6min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例10
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：245：83.2：0.62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例11
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、硫酸铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：245：83.2：0.62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例12
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：24.5：83.2：62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，60℃恒温条件下，静置钝化30s；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例13
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：24.5： 83.2：62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，10℃恒温条件下，静置钝化20min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例14
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：24.5：83.2：0.62：17220。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例15
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：245： 83.2：62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，80℃恒温条件下，静置钝化5s；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例16
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：245：83.2：0.62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例17
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、硫酸铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为50：24.5：1.66：62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
实施例18
一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，其组分为：硼酸、双氧水、氯化铈、植酸、水；钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1：245：1.6：0.62：1722。
一种镀锌金属材料的表面处理工艺，包括以下步骤：
1） 将镀锌钢板浸泡在上述稀土无铬钝化液内，25℃恒温条件下，静置钝化5min；
2） 将钝化后的镀锌钢板水洗，然后静置待钝化膜老化。
以上实施例镀锌抗盐雾钝化液均由各组分混合，搅拌均匀形成黄色透明溶液。
采用同条件的镀锌钢板分别进行实施例1～17的表面处理工艺，处理后的镀锌钢板分别进行下述的醋酸铅点滴实验和中性盐雾试验，采用的镀锌钢板均为质量检验合格的国产镀锌钢板，规格为50cm×5 cm×2cm（长×宽×厚），同时，以不经钝化液处理的同条件的镀锌钢板作为对照品，性能测试结果见表1。镀锌钢板经处理前，对醋酸铅溶液的耐蚀平均时间为31s，抗盐雾平均时间为6h。
醋酸铅点滴实验
根据GB 9791-88当中提出的快捷检测钝化膜耐蚀性方法，即醋酸铅溶液滴定法，用浓度为50 g ·L-1的Pb(Ac)2溶液在样品表面进行滴定实验，记录下滴定位置从滴定开始到完全发黑时所用的时间，每个试样变色时间用3个测试点的平均值表示，判断样品钝化膜的耐腐蚀性能。
中性盐雾试验
根据GB 6458-86在盐雾箱中对试片进行连续喷雾实验。喷雾液为质量分数5％的NaCl溶液，pH控制在6.5-7.2之间，试样被试面呈30o，温度控制在35℃左右。喷雾方式采用周期性喷雾法，采用第一次出现腐蚀的时间，即试样表面第一次出现腐蚀的时间，从而比较耐腐蚀性能。
醋酸铅点滴实验和中性盐雾试验结果见表1，由表可知，镀锌钢板经处理后，对醋酸铅溶液的耐蚀时间由未钝化前的平均31s上升到35～360s，抗盐雾时间由未钝化前的平均6h上升到6～180h。
Claims (6)
1.一种用于材料镀层处理的稀土无铬钝化液，该钝化液含有如下组分：硼酸、双氧水、三价铈盐、植酸、水，所述钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1～50：24.5～245：1.66～83.2：0.62～62：1722～17220。
2.根据权利要求1所述的稀土无铬钝化液，其特征在于：所述钝化液中，硼酸：H2O2：Ce3+：植酸：水的摩尔比为1～20：24.5～122.5：1.66～83.2：0.62～62：1722～17220。
3.根据权利要求1或2所述的稀土无铬钝化液，其特征在于：三价铈盐为氯化铈、溴化铈、硝酸铈、硫酸铈中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的稀土无铬钝化液，其特征在于：所述稀土无铬钝化液为各组分混合均匀所得溶液。
5.权利要求1～4任意项所述的稀土无铬钝化液的使用方法，包括以下步骤：
1)将镀锌金属材料浸泡于所述的稀土无铬钝化液中，10～80℃恒温条件下，静置钝化；
2)将钝化后的镀锌金属材料水洗，然后静置待钝化膜老化。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于：静置钝化时间为5 s～20 min。
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