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六价铬钝化处理

放大字体  缩小字体发布日期:2012-07-19  浏览次数:14177
核心提示:钝化膜从外观可分白钝化、淡蓝色、彩虹色钝化、金黄色、黑色钝化、军绿色钝化。这些钝化膜耐蚀强弱的顺序是军绿色>黑色>彩虹色>金黄色>淡蓝色>白色。所以凡用于耐蚀目的机械零件镀锌都必须进行彩虹色钝化。
   锌的化学性质活泼,在大气中容易氧化变暗,最后产生“白锈”腐蚀。镀锌后经过铬酸盐处理,以便在锌上覆盖一层化学转化膜,使活泼的金属处于钝态,这就叫锌层铬酸盐钝化处理。这层厚度只有0.5μm以下的铬酸盐薄膜,能使锌的耐蚀性能提高6倍~8倍,并赋予锌以美丽的装饰外观和抗污能力。目前钝化主要有六价铬钝化与三价铬钝化。

铬酸盐钝化不仅作为防护层,而且在一些低档产品上经白钝化,或者白钝化经有机料着色,可作为防护-装饰用途。铬酸盐钝化液由铬酸、活化剂和无机酸组成,锌与钝化液发生作用,导致锌溶解、六价铬还原成三价铬,并在反应中消耗氢离子,当锌和溶液界面上的pH值上升到3以上时,产生一系列的成膜反应,凝胶状钝化膜就在锌界面上形成。关于钝化膜形成的机理和膜层的化学组成仍有争论。一般认为锌层钝化膜是由碱式铬酸铬、碱式铬酸锌和水合三氧化铬等组成的水合物。经分析膜中三价铬含量占28.2%,六价铬占8.68%,水分占19.3%。其中三价铬是钝化膜的骨架,六价铬靠吸附、夹杂和化学键力填充于三价铬的骨架之中,故六价铬的含量直接影响钝化膜的耐蚀性。当钝化膜受到磕、划、碰伤时,在潮湿空气中六价铬可溶于水膜内,在破损处成膜给予自动修复,这是铬酸盐膜的重要优点之一。长期以来人们认为钝化膜的彩虹色是由于化学组成决定的。三价铬呈淡绿色和绿色;六价铬呈橙红至红色;不同价态和不同量的铬相混合就出现了五颜六色。这就是化学成色学说。但是它不能解释从不同角度看颜色各异;不同钝化手法可得到有层次的色阶;随钝化膜厚度增加颜色的变化规律同所见光光波所显示的颜色相同;以及干燥过程色彩变化等现象。如是我国研究者提出了物理成色即光波干涉成色的学说。

根据光波干涉原理,入射光到达钝化膜表面一部分被反射,一部分透过钝化膜由锌层表面再反射出来,于是从外表面和从内表面反射出来的光产生光程差。当光层差等于某颜色的光波之半或它的奇数倍时,就会发生光波干涉而抵消一部分,我们肉眼所见只是该色的辅色。例如钝化时间短,膜薄光波干涉发生在紫外区,这时的颜色取决于化合物的本色,如青灰色。随膜层增厚,蓝色发生光波干涉而减弱,人们看到黄色(蓝色的辅色),依此类推,当膜厚大于0.7μm时,钝化膜又呈现本色——棕褐色。由于工件运动,膜层厚度不均匀,各种颜色交迭一起就呈现五彩缤纷的外观。

尽管如此,上述两种成色学说都还不能互相替代,有待继续研究。

钝化膜从外观可分白钝化、淡蓝色、彩虹色钝化、金黄色、黑色钝化、军绿色钝化。这些钝化膜耐蚀强弱的顺序是军绿色>黑色>彩虹色>金黄色>淡蓝色>白色。所以凡用于耐蚀目的机械零件镀锌都必须进行彩虹色钝化。

钝化液依浓度可分为高浓度、中浓度、低浓度。因钝化中生产消耗铬酸不足5%,而95%被零件带出损失,造成严重的环境污染。采用低浓度钝化液可降低生产成本、减轻污染,钝化膜质量与高浓度铬酸钝化相当,故以介绍低铬钝化为主。

(一)铬酸盐彩色钝化

1.铬酸盐彩色钝化工艺规范(见表3—1—15)

  表3—1—15 铬酸盐彩色钝化工艺规范


2.组成铬酸钝化液的三要素

钝化配方虽然很多,但任何有实用价值的配方必须包括主盐、活化剂和一定的氢离子浓度。

(1)主盐及其浓度。主盐大都采用铬酐,是成膜的主要成分,浓度可在3g/L~400g/L的范围内变化。铬酐浓度高,反应速度快,钝化时间缩短,浓度低则相反。低浓度一般用5g/L~10g/L;高浓度用l50g/L~200g/L为宜。实践表明:钝化膜的耐蚀性和色彩的浓淡与铬酐浓度无必然的联系,关键是主盐与活化剂要搭配恰当。

(2)活化剂及其浓度。铬酸是强氧化剂,锌层一经浸入铬酸盐溶液中很快就生成一层无色透明的氧化膜,故只有铬酸而无活化剂时,锌层处于钝态,阻碍了锌层和六价铬之间的氧化还原反应,不能获得彩色钝化膜。加入活化剂防止了锌层氧化,使氧化还原反应得以顺利进行,所以加入活化剂是获得彩色钝化膜的必要条件。活化剂可采用硫酸及可溶性硫酸盐,盐酸及可溶性盐。例如硫酸、硫酸钠、盐酸、氯化钠等。活化剂浓度依铬酐浓度而定,并要保持一定的比例。就低铬钝化而言,比值范围大致为Cr03/SO42-=(5~10):1;Cr03/C1-=1:(1~1.2)。活化剂不足,成膜速度慢,易发生白雾。采用氯化物作活化剂还有利于提高膜层的结合力。

(3)一定的氢离子浓度(pH值)。高浓度铬酸盐钝化,溶液是强酸陛,只能提出零件在空气中停留数十秒钟才能成膜,叫“气相成膜”。而低铬钝化,酸度低,可在溶pH值液中一次成膜,叫做“液相成膜”这是两种钝化工艺的主要区别。锌层与钝化液反应会消耗氢离子,pH值将升高,直接影响六价铬的氧化还原速度,当pH值达到3时,铬酸氧化还原能力很低,不能形成彩色钝化膜,所以必须维持一定的pH值。低浓度钝化液的pH值范围为l~1.5,pH值过低,膜薄而多孔,pH值>2成膜速度很慢。

3.锌镀层低浓度铬酸钝化工艺流程

镀锌→清洗→清洗→2%~3%的硝酸出光2s~5s→清洗→低铬彩色钝化→清洗→热水洗→甩干→烘烤老化→入库。

4.注意事项

(1)镀层质量要求细致、光泽较好。因低浓度钝化液无化学抛光能力,故必须保持锌镀层的质量一致。

(2)钝化温度以15℃~35℃最好。温度低,成膜慢,色淡膜薄;温度高,膜厚而疏松,附着不牢。自动线生产最好控制在25℃左右,以确保在一定时间内获得同一色彩。

5.钝化时间

依主盐浓度、pH值、活化剂浓度和温度而定。自动线尤其要保持上述因素在规范范围内。在其他条件相同时,夏季钝化时间相应缩短;冬季则适当延长。

(1)钝化时零件与钝化液要相对运动,有利于溶液的对流扩散,防止零件粘叠,使膜层均匀一致。自动线上钝化一定要用压缩空气剧烈搅拌。

(2)清洗一定要彻底,尤其高浓度铬酸钝化,如果残留有铬迹或重铬酸锌时,将成为过早“泛白点”腐蚀的主要原因。热水的温度应不超过50℃,否则易掉膜。

(3)彩色钝化一定要经烘烤老化,以提高膜层的附着力和耐蚀性能。但老化温度不得超过65℃。温度高时膜层脱水开裂,耐蚀性明显降低。采用红外线干燥时除注意温度外,老化时间也不得超过15min,否则耐蚀性也下降。

6.低浓度铬酸钝化故障及纠正方法(见表3—1—16)

  表3—1—16低铬钝化故障及纠正方法

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