储俊生

摘 要：文章首先对无铬钝化类别进行总结和分析，对无铬钝化技术的应用进行研究，以期对镀锌层无铬钝化技术的快速推广，起到一定的促进作用。

关键词：镀锌层；无铬钝化；研究；进展

1 概述

现阶段，利用铬酸盐钝化的方式对镀锌产品进行处理，使得镀层具备一定的耐腐蚀性能，然而铬酸盐的使用不可避免对人体及自然环境产生严重的影响。世界范围内已经开始限制六价铬产品的应用。基于绿色环保的理念，对无铬钝化工艺技术进行研发，逐渐成为镀锌层钝化技术的重要方向。基于此，文章对镀锌层无铬钝化技术进行研究，不足之处，敬请指正。

2 无铬钝化类别

2.1 无机钝化

2.1.1 钼酸盐钝化

镀锌层进行钼酸盐钝化处理，会在其表面形成钼酸盐钝化膜。因为钼酸盐具有较低的毒性，因此被看作是铬酸盐钝化处理的替代方式。现阶段，对其开展的研究项目较多，适当添加一些有机物和无机物添加剂，利用复合获取一定的协同效应，从而促进钝化膜的耐腐蚀性能的提升。目前来说，这种方式和铬酸盐钝化膜相比效果较差，而且钼酸盐的价格昂贵，因此还无法应用到大规模生产中。

2.1.2 钨酸盐钝化

钨酸盐在发挥金属缓蚀剂的作用时，较为类似于钼酸盐，钨酸盐钝化处理的方式得到的钝化膜耐腐蚀性能较低，而且钨酸盐的价格偏高，所以针对钨酸盐钝化的应用较少。

2.1.3 硅酸盐钝化

硅酸盐钝化处理方式不仅处理成本低，而且钝化液具有良好的稳定性，使用起来也很方便，毒性较小，然而却存在一个致命问题，就是耐腐蚀性能比较差。为促进钝化膜耐腐蚀性能的提升，必须要在钝化液中添加有机促进剂，比如说硫脲及水溶性阴离子型丙烯酸胺等化合物。现阶段，针对硅酸盐钝化应用也比较少。

2.1.4 钛盐钝化

为达到环境保护有关标准及要求，一些地区电镀厂开始采用过钛盐钝化工艺。钝化液的具体成分包括硫酸氧钛、硝酸、磷酸、单宁酸等，采用羟基喹啉作为稳定剂，pH 大约是1 到1.5的范围，常温下操作，具有良好的耐腐蚀性能。

2.2 有机钝化

2.2.1 有机硅烷钝化

硅烷分子能够在醇、水溶液中发生水解而形成一定数量的硅烷醇基团（SiOH），基团在硅烷与金属的界面上发生化学反应，而生成金属硅氧烷键（SiOMe），未参与化学反应的硅烷醇基团形成胶联的硅烷膜结构SiOSi网络结构，以上结构一方面能够有效地避免侵蚀性介质侵入其中，另一方面可以形成稳定的膜层，此特征使得有机硅烷钝化处理成为近些年研究的重要方向。

2.2.2 植酸钝化

植酸具有可以和金属络合的12个羟基、24个氧原子以及6个磷酸酯基，因此称之为肌醇六磷酸酯，是针对金属表面进行处理最为理想的螯合剂以及优良的缓蚀剂。植酸能够在一定pH范围内和金属离子发生化学反应而形成螯合环，获得稳定可靠的络合物。植酸在和金属发生络合反应时会在金属表面形成一层单分子有机保护膜，可以防止氧气等侵入到金属表面中，对金属腐蚀产生抑制作用。植酸和钼酸盐及硅胶可以复合使用，能够促进植酸的使用效果的提升。一种针对镀锌板的植酸钝化方法，具体包括植酸、硅胶和水等组成的钝化液。经过处理之后不必经过水洗可以直接在120℃的温度下进行烘干，然后涂以醇酸树脂密胺漆。研究证实，有机涂层附着力与镀层的耐腐蚀性能和普通铬酸盐钝化方法对比，具有明显的优势。此外，植酸钝化膜非常薄，仅仅几百纳米，而且植酸膜丧失自修复性能，如果膜发生破损时则影响防腐能力。

3 无铬钝化技术的应用研究

3.1 背景介绍

公司是为合肥美菱等家电企业的专业钣金件配件供应商，而合肥美菱公司明确要求，配套厂家提供的配套件中不得含有六价铬，尤其要求钣金件供货厂家提供的金属加工件，电镀钝化时必须使用环保钝化。然而，传统电镀钝化都采用的是六价铬钝化，开发新的环保型钝化技术已迫在眉睫。但是目前来说，国内仅有几家大学和科研机构刚开始研究，没有成熟的工艺配方。市场上也仅有几家国内公司代理国外环保钝化剂，成本比较高而且工艺相对复杂，无法满足大规模工业生产需要。为稳定市场、抓住机遇，公司确定“常温彩色三价铬钝化技术研究与应用”项目并进行立项，同时抽调技术骨干，成立项目组，进行技术攻关，经过近些年的实验与逐步完善，成功研发出符合大规模工业生产的最新彩色三价铬钝化方法。因为原材料绝大部分采用食品级，从根本上解决了环境污染问题。

3.2 工艺指标与技术要求

（1）环保要求：符合RoHS等技术标准，彻底解决环境污染问题；

（2）耐蚀性能：≥120小时；

（3）使用环境：环境温度-15--45℃；

（4）材料使用：尽可能选择食品级原材料，实在无法找到时则必须选用无害原材料；

（5）时间控制：≤20秒；

（6）外观要求：根据市场需求，符合五彩、蓝白、黑色等；

（7）材料成本：≤1.0元/升；

3.3 生产工艺

常规六价铬钝化膜是利用锌的溶解、三价铬凝胶析出而产生，膜层中包括六价铬。相比较而言，三价铬膜层是利用锌的溶解而产生锌离子，继续溶解而导致锌表面溶液PH值变大，三价铬和锌离子、氢氧离子等发生化学反应，从而形成具有一定耐蚀性的钝化膜。具体化学反应流程参考以下公式：

三价铬钝化工艺配方具体包括以下成分，比如成膜剂、氧化剂、金属离子、络合剂、封孔剂等。

先对无铬镀锌进行清洗，利用3%稀硝酸进行活化出光，进行三价铬钝化，清洗之后用60℃热水进行老化，最后进行封闭和干燥的流程。其中，在生产中解决了色泽控制、钝化液浓度控制、钝化时间控制、PH值控制等问题，如果大规模批量生产，处理液根据60～70ml/L开缸，钝化时间控制在10s左右即可，Cr3+含量控制在2.5～3.0g/L的范围，生产中pH值会自动升高，可以用硝酸降低pH值。硝酸的用量可以参考钝化液的补充量。一般每补充1L的钝化液需补充100 mL的硝酸即可稳定其pH值在工艺范围之内。添加时可通过人工或机械自动添加。最后的老化工序时热水洗的温度一般控制在50℃～80℃比较合适。

4 结束语

总而言之，“常温彩色三价铬钝化技术”的成功研发，彻底解决了环境污染问题，可以说是对传统钝化工艺的革命性进步；在日益强调环境保护的新形势下，为电镀行业找到了新的出路，在环保、耐蚀、节能等诸多方面取得重大突破，使电镀工业焕发出了新的生机和活力。

参考文献

[1]李育星，皮振邦，包楚才，等.基于专利地图的我国金属表面无铬钝化清洁生产技术分析[J].安全与环境工程，2012（2）.

[2]赖奂汶，郭崇武.高性能无铬钝化技术[J].电镀与环保，2012（6）.