專利名稱：電鍍液、其制備方法及應(yīng)用此電鍍液的鍍鋅工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對金屬工件進(jìn)行電鍍表面處理的溶液，還涉及此溶液的制備方法以及應(yīng)用此溶液的鍍鋅工藝。
背景技術(shù)：
我國電鍍加工中涉及最廣的是鍍鋅、銅、鎳、鉻，其中鍍鋅一項(xiàng)占45 50%。在鍍鋅工藝中，堿性鍍鋅應(yīng)用最廣泛，它具有成本低、鍍液成分簡單、廢水易于處理、鍍層與基體結(jié)合力好、細(xì)致光亮、韌性好、經(jīng)鈍化處理具有很好的耐蝕性和裝飾性等優(yōu)點(diǎn)。堿性鍍鋅可分為氰化鍍鋅和無氰鍍鋅，氰化鍍鋅的鍍液含有劇毒氰化物，排放的廢水和廢氣嚴(yán)重污染環(huán)境，因此堿性無氰鍍鋅已經(jīng)逐漸取代堿性氰化鍍鋅。 目前，堿性無氰鍍鋅鍍液采用的是含以下濃度物質(zhì)的水溶液Zn07.5 22. 5g/L、NaOHl20 150g/L、堿性無氰開缸劑10 30mL/L、主光劑O. 52 3. OmL/L,電流密度O. 3
0.13A/dm2，溫度條件室溫。但是，這種堿性無氰鍍鋅工藝在電流效率、均鍍能力和深鍍能力上都比不上堿性氰化鍍鋅，其在鍍層的結(jié)合力和脆性方面與堿性氰化鍍鋅相比也存在一定的差距，導(dǎo)致這種堿性無氰鍍鋅無法大范圍推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電鍍液，以解決上述技術(shù)問題中的至少一個(gè)方面。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種電鍍液的制備方法，以解決上述技術(shù)問題中的至少一個(gè)方面。本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種應(yīng)用上述電鍍液的鍍鋅工藝，以解決上述技術(shù)問題中的至少一個(gè)方面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種電鍍液，主要由以下物質(zhì)的水溶液組成鋅、氫氧化鈉、碳酸鈉、調(diào)整劑、開缸劑、主光劑和走位劑。本發(fā)明通過在電鍍液中加入幾種添加劑，調(diào)整適當(dāng)?shù)匿\離子濃度和電流密度，使得電鍍液具有更好的分散能力，使得電鍍液具有較好的電流效率、均鍍能力和深鍍能力。由此，使得該電鍍液獲得的鍍層具有更好的物理性能，更加光亮飽滿、均勻細(xì)膩，并具有較強(qiáng)的結(jié)合能力。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的電鍍液可以主要由以下濃度物質(zhì)的水溶液組成鋅10. O 14. Og/L、氫氧化鈉120. O 145. Og/L、碳酸鈉8. O 30. Og/L、調(diào)整劑25. O 30. OmL/L、開缸劑6. O 8. 0mL/L、主光劑1. O 2. 0mL/L和走位劑1. O 2. 0mL/L。由此，可以使得電鍍液的電流效率、均鍍能力和深鍍能力更佳，獲得的鍍層更加均勻細(xì)膩，鍍層的結(jié)合力更強(qiáng)。上述各物質(zhì)濃度可以優(yōu)選為鋅10. O 12. 0g/L、氫氧化鈉126. O 140. 0g/L、碳酸鈉10. O 28. 8g/L、調(diào)整劑26. 4 29. lmL/L、開缸劑6. 5 7. 5mL/L、主光劑1. 3
1.8mL/L和走位劑1.1 1. 4mL/L。由此，可以使得電鍍液的電流效率、均鍍能力和深鍍能力更佳，獲得的鍍層更加均勻細(xì)膩，鍍層的結(jié)合力更強(qiáng)。上述各物質(zhì)濃度可以進(jìn)一步優(yōu)選為鋅12. Og/L、氫氧化鈉132. Og/L、碳酸鈉19. Og/L、調(diào)整劑27. OmL/L、開缸劑7. OmL/L、主光劑1. 5mL/L和走位劑1. 2mL/L。由此，可以使得電鍍液的電流效率、均鍍能力和深鍍能力更佳，獲得的鍍層更加均勻細(xì)膩，鍍層的結(jié)合力更強(qiáng)。上述的調(diào)整劑可以是硅酸鹽-水溶液，硅酸鹽的質(zhì)量百分濃度一般為70 85%。上述的開缸劑主要由下述物質(zhì)的水溶液組成聚乙烯亞胺均聚物、1-芐基-3-羧基吡啶嗡氯化物、1-芐基吡啶嗡-3-羧酸鹽和水溶性陽離子聚合物。各物質(zhì)的質(zhì)量百分濃度優(yōu)選為聚乙烯亞胺均聚物7 12%、1-芐基-3-羧基吡啶嗡氯化物3 5%、1-芐基吡啶嗡-3-羧酸鹽6 10%和水溶性陽離子聚合物7 10%。
上述的主光劑主要由下述物質(zhì)的水溶液組成咪唑丙氧基縮合物、烯丙氧基縮合物和1-芐基吡啶嗡-3-羧酸鹽。各物質(zhì)的質(zhì)量百分濃度優(yōu)選為咪唑丙氧基縮合物10 12%、烯丙氧基縮合物8 10%和1-芐基吡啶嗡-3-羧酸鹽9 10%。上述的走位劑主要由聚氨砜和水溶性陽離子聚合物的水溶液組成。各物質(zhì)的質(zhì)量百分濃度優(yōu)選為聚氨砜25 29%和水溶性陽離子聚合物I 5%。上述的水溶性陽離子聚合物是質(zhì)量比為1:1的二氨基脲聚合物和陽離子聚合物(MOME)的混合物。本發(fā)明的開缸劑不僅能使鍍層結(jié)晶細(xì)化，還具有除雜效果，能有效掩蔽槽中多種金屬雜質(zhì)，改進(jìn)分散能力，改善均鍍能力；主光劑起光亮作用，使鍍層更加飽滿光亮，鍍層細(xì)膩；走位劑能使低電流區(qū)亮度提高，可以提高電流效率和深鍍能力；而調(diào)整劑改善鍍層脆性。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了上述電鍍液的制備方法，包括以下步驟往溶鋅槽里加入水和所需的碳酸鈉，然后，緩慢加入NaOH，確保在NaOH的溶解過程中溶液溫度低于80°C，再往溶液中加入鋅使其溶解，調(diào)整溶液中NaOH和鋅的濃度至所需比例后，將溶液溫度降至40°C以下，對電鍍槽與溶鋅槽進(jìn)行過濾交換，交換均勻后，按比例往電鍍槽中加入調(diào)整劑、開缸劑、走位劑和補(bǔ)充劑。本發(fā)明的制備方法，可以給鍍液提供優(yōu)良的分布力，不影響電鍍速率和陰極效率，改善傳統(tǒng)堿性無氰鍍鋅的深鍍能力、分散能力、鍍層結(jié)合能力，使鋅有更高的使用效益，提聞生廣效益。在一些實(shí)施方式中，電鍍槽可以是聚丙烯或聚氯乙烯樹脂材料制成的電鍍槽。在制備本發(fā)明電鍍液前，需要徹底清洗電鍍槽、溶鋅槽和過濾機(jī)濾芯。如果電鍍槽和溶鋅槽是舊槽，徹底清洗干凈即可使用，若是使用新槽，需使用10%溫氫氧化鈉溶液浸泡后才可使用。選用上述電鍍槽，可以減少外部環(huán)境對鍍層的影響。在一些實(shí)施方式中，加入NaOH的同時(shí)可以進(jìn)行攪拌，并加一風(fēng)管幫助溶解。NaOH的溶解過程中會(huì)放熱，需監(jiān)控溶液溫度，溶液溫度不能超過80°C，否則停止添加NaOH。使用風(fēng)管，不僅可以防止NaOH堆積在槽底結(jié)塊，還可以幫助溶液散熱。在一些實(shí)施方式中,鋅可以為鋅塊,鋅塊裝在鐵籃內(nèi)置入熱的NaOH溶液中進(jìn)行溶解。由此,可以均勻地將鋅溶入溶液中,避免在溶液中混入固體的鋅。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了應(yīng)用上述電鍍液的鍍鋅工藝，根據(jù)上述電鍍液的制備方法制備出本發(fā)明的電鍍液，在溫度為25°C、電流密度為2. OA/dm2的條件下，以需電鍍的工件為陰極，金屬板為陽極，陽極與陰極面積比為2:1，進(jìn)行電鍍。這種新型工藝對使用者來說能夠減少電鍍時(shí)間，提高鋅的使用率，操作簡單，不易燒焦。在一些實(shí)施方式中，電鍍開始時(shí)可以弱電解以融合各添加劑，4 6小時(shí)后，開始HULL CELL (赫爾槽)試片觀察，試鍍成功后，再進(jìn)行電鍍。HULL CELL試片只需要少量鍍液，經(jīng)過短時(shí)間試驗(yàn)便能得到在較寬的電流密度范圍內(nèi)鍍液的電鍍效果，可以有效的控制電鍍過程并進(jìn)行維護(hù)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。徹底清洗電鍍槽、溶鋅槽和過濾機(jī)濾芯。電鍍槽可以是聚丙烯或聚氯乙烯樹脂材料制成的電鍍槽。如果電鍍槽和溶鋅槽是舊槽，需要徹底清洗干凈即可使用，如果是新槽，則需使用10%溫氫氧化鈉溶液浸泡后才可使用。首先，配備溶鋅槽。在溶鋅槽里加純水2/3，加入碳酸鈉至表I中的濃度，攪拌下緩慢加入NaOH，此時(shí)可臨時(shí)加一風(fēng)管以幫助溶解，防止NaOH堆積在槽底結(jié)塊。此時(shí)溶液會(huì)放熱，需監(jiān)控溶液溫度，隨時(shí)監(jiān)測溫度不能超過80°C，否則停止添加NaOH。將裝滿鋅塊的鐵籃置入熱的NaOH中開始溶鋅，每四小時(shí)測定一次鋅的濃度，當(dāng)鋅的濃度達(dá)到表I中的濃度時(shí)，將鋅籃取出。分批次加入剩下的NaOH使其達(dá)到表I中的濃度。此時(shí)，需要注意溶液溫度的變化，防止槽子的變形。其次，待溫度降至40°C以下后，用泵將溶鋅槽中的溶液抽出，經(jīng)過過濾器，進(jìn)入電鍍槽，進(jìn)行電鍍槽與溶鋅槽的溶液過濾交換。待交換均勻后，測定ZruNaOH濃度；Zn不夠則需要繼續(xù)溶鋅,NaOH不夠則需要補(bǔ)加。繼續(xù)過濾，待槽液澄清；若槽液很臟，需活性碳過濾。最后，按照表I的濃度要求依次將調(diào)整劑、開缸劑、走位劑、補(bǔ)充劑的加入到電鍍槽。調(diào)整劑、開缸劑、走位劑、補(bǔ)充劑的組成如表2所示。在溫度為25°C、電流密度為2. OA/dm2的條件下，以需電鍍的工件為陰極，金屬板為陽極，陽極與陰極面積比為2:1，進(jìn)行電鍍。開始弱電解，融合各添加劑，以發(fā)揮最大性能，約4 6小時(shí)，開始HULL CELL試片觀察，試鍍。試鍍成功后再進(jìn)行正式電鍍。電鍍過程中要隨時(shí)檢測電鍍液的情況，進(jìn)行槽液維護(hù)，具體如下1、需要經(jīng)常性分析鋅的濃度，防止鋅的濃度波動(dòng)較大。鋅的分析具體操作如下試劑鉻黑T指示劑；0· 05M EDTA (準(zhǔn)確稱取20g乙二胺四乙酸二鈉溶于IOOOmL水中，搖勻)；pH=10緩沖溶液(50g/L氯化氨+350mL/L氨水)。分析過程I)取ImL工作液樣品到250mL干凈錐形瓶中，并加去離子水50mL ；2)加20mL的pH=10緩沖溶液；3)加鉻黑T指示劑少許，溶液的顏色變成藍(lán)紫色；4)用O. 05M EDTA標(biāo)液滴定到溶液變成藍(lán)色為終點(diǎn)，記錄消耗EDTA的體積為V。5)計(jì)算Zn (g/L) =CEDTAXVEDTAX65. 42、氫氧化鈉需要及時(shí)分析補(bǔ)加，同時(shí)注意控制氫氧化鈉與鋅的比例。氫氧化鈉含量分析具體步驟如下試劑酚酞指示劑；0. 5M鹽酸標(biāo)液(準(zhǔn)確量取41. 7mL鹽酸，注入IOOOmL水中，混勻)。分析過程I)取ImL樣品到干凈錐形瓶中并加水50mL ；2)加2-5滴酚酞指示劑；
3)用O. 5M鹽酸標(biāo)液滴定,從紅色變?yōu)闊o色為終點(diǎn)，記錄消耗鹽酸標(biāo)液的體積數(shù)為V。4 )計(jì)算氫氧化鈉(g/L ) =Chc1 X Vhc1 X 403、各添加劑應(yīng)做到少加勤加，調(diào)整劑起結(jié)晶細(xì)化鍍層作用，添加方式為每25kg氫氧化鈉需添加5L，主光劑起光亮作用，消耗為100-160mL/KAH，走位劑起分散走位作用，消耗為50-80mL/KAH，開缸劑起支撐作用，可以讓補(bǔ)充劑與走位劑的效能更好的發(fā)揮出來，只有帶出損失，沒有KAH消耗。4、過濾機(jī)至少配置4個(gè)循環(huán)，需檢查表壓及時(shí)清洗，可定期活性炭處理。 記錄電鍍液的均鍍性(采用赫爾槽試片來評價(jià)電鍍的均鍍性，鍍出高低區(qū)厚度均達(dá)到要求的鋅層的時(shí)間)、電流效率(電流效率越高，性能越好)、光亮區(qū)范圍(具有耐大電流沖擊而不燒焦的能力，得到光亮華麗的鍍鋅層的電流密度范圍)以及鍍層的表觀性能，測試結(jié)果如表3所示。按照上述方法配置表I中對比例I 5的電鍍液，并按上述的條件進(jìn)行電鍍，測試
其均鍍性、電流效率及光亮區(qū)范圍，測試結(jié)果如表3所示。
權(quán)利要求
1.電鍍液，主要由以下物質(zhì)的水溶液組成鋅、氫氧化鈉、碳酸鈉、調(diào)整劑、開缸劑、主光劑和走位劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍液，其特征在于，主要由以下濃度物質(zhì)的水溶液組成 鋅10. O 14. Og/L、氫氧化鈉120. O 145. Og/L、碳酸鈉8. O 30. Og/L、調(diào)整劑25. O 30. OmL/L、開缸劑 6. O 8. OmL/L、主光劑1. O 2. 0mL/L 和走位劑1. O 2. 0mL/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電鍍液，其特征在于，所述的調(diào)整劑是硅酸鹽-水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍液，其特征在于，所述的開缸劑主要由下述物質(zhì)的水溶液組成 聚乙烯亞胺均聚物、1-芐基-3-羧基吡啶嗡氯化物、1-芐基吡啶嗡-3-羧酸鹽和水溶性陽離子聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電鍍液，其特征在于，所述的主光劑主要由下述物質(zhì)的水溶液組成咪唑丙氧基縮合物、烯丙氧基縮合物和1-芐基吡啶嗡-3-羧酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍液，其特征在于，所述的走位劑主要由聚氨砜和水溶性陽離子聚合物的水溶液組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的電鍍液，其特征在于，所述的水溶性陽離子聚合物是質(zhì)量比為1:1的二氨基脲聚合物和陽離子聚合物的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電鍍液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟往溶鋅槽里加入水和所需的碳酸鈉，然后，加入NaOH,確保在NaOH的溶解過程中溶液溫度低于80°C，再往溶液中加入鋅使其溶解，調(diào)整溶液中NaOH和鋅的濃度至所需比例后， 將溶液溫度降至40°C以下，對電鍍槽與溶鋅槽進(jìn)行過濾交換，交換均勻后，按比例往電鍍槽中加入調(diào)整劑、開缸劑、走位劑和補(bǔ)充劑。
9.一種鍍鋅工藝，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求8所述的電鍍液的制備方法制備出權(quán)利要求I或2所述的電鍍液，在溫度為25°C、電流密度為2. OA/dm2的條件下，以需電鍍的工件為陰極，金屬板為陽極，陽極與陰極面積比為2:1，進(jìn)行電鍍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鍍鋅工藝，其特征在于，電鍍開始時(shí)弱電解以融合各添加劑，4 6小時(shí)后，開始HULL CELL試片觀察，試鍍成功后，再進(jìn)行電鍍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電鍍液，主要由以下物質(zhì)的水溶液組成鋅、氫氧化鈉、碳酸鈉、調(diào)整劑、開缸劑、主光劑和走位劑。本發(fā)明通過在電鍍液中加入幾種添加劑，調(diào)整適當(dāng)?shù)匿\離子濃度和電流密度，使得電鍍液具有完美的分散能力，使得電鍍液具有較好的電流效率、均鍍能力和深鍍能力。由此，使得該電鍍液獲得的鍍層具有更好的物理性能，更加光亮飽滿、均勻細(xì)膩，并具有較強(qiáng)的結(jié)合能力。本發(fā)明還公開了上述電鍍液的制備方法以及應(yīng)用上述電鍍液的鍍鋅工藝。
文檔編號(hào)C25D3/22GK103014785SQ20131000662
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者舒平, 杜騰輝, 陳湘國 申請人:廣州博泉環(huán)保材料科技有限公司