CN114214676A - 一种用于金属工件的镀锌方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及镀锌领域，具体公开了一种用于金属工件的镀锌方法，包括以下步骤：步骤一，将工件进行化学脱脂，然后捞出水洗，洗净后进行酸洗，酸洗后再进行水洗；步骤二，将步骤一洗净后的工件置于二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的混合液中，捞出后浸泡在预浸液中反应，制得预处理工件；预步骤三，将预处理工件在电镀液中进行电镀处理，电镀完成后捞出水洗，制得电镀工件；步骤四，将电镀工件在钝化剂中钝化，然后进行超声波水洗，洗净得到钝化工件；步骤五，将钝化工件置于封闭液中封闭，然后烘干，制得镀锌工件。通过本申请制得的工件在经过长时间的高温湿热处理后表面也无起泡、脱层现象，镀层稳定性佳且耐腐蚀性优异。

Description

一种用于金属工件的镀锌方法

技术领域

本申请涉及镀锌领域，更具体地说，它涉及一种用于金属工件的镀锌方法。

背景技术

镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌，以起美观、防锈等作用的表面处理技术。在金属工件表面镀锌，更多的为了改善金属工件的防腐蚀性。

目前，镀锌的方式有很多，如电镀锌、机械镀锌、热镀锌等方式，热镀锌通常用于钢板表面镀锌。生产过程中使用最多的为电镀锌方式，电镀锌是利用电解设备将管件经过除油、酸洗、后放入成分为锌盐的溶液中，并连接电解设备的负极，在管件的对面放置锌板，连接在电解设备的正极接通电源，利用电流从正极向负极的定向移动就会在管件上沉积一层锌。

如公开号为CN109385649A的专利申请公开了一种低氢脆酸性无氰电镀锌工艺方法，包括以下步骤，步骤1、镀前处理：去除镀件表面污物和杂质，活化镀件表面；步骤2、施镀：将镀件置于无氰电镀锌液中进行电镀，其中无氰电镀锌液含锌65-75g/L，含钾180-220g/L，硼酸25-30g/L，镀液 PH为5.0-5.5，温度为20-35℃，电流密度为1-3A/dm；步骤3、镀后处理：包括钝化处理和老化处理。

发明人发现，通过上述电镀锌工艺制得的工件，在高温湿热的环境中使用一段时间后，工件表面出现起泡现象，甚至有个别部位出现镀层脱落，镀层与工件之间耐高温湿热稳定性差。

发明内容

为了有效提高镀层与工件之间的耐高温湿热稳定性，本申请提供一种用于金属工件的镀锌方法。

本申请提供的一种用于金属工件的镀锌方法采用如下的技术方案：

一种用于金属工件的镀锌方法，包括以下步骤：

步骤一，将打磨后的工件浸泡在55-70℃的脱脂剂中进行化学脱脂，去除表面油脂等杂质，捞出水洗，洗净后进行酸洗，酸洗后再进行水洗；

步骤二，将步骤一洗净后的工件置于二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的混合液中，捞出后浸泡在70-85℃的预浸液中反应5-7min，制得预处理工件；预浸液中溶质包括有机醇和硼砂，溶剂为水；

步骤三，将预处理工件在温度为22-30℃的电镀液中进行电镀处理，电镀液包括氢氧化钠120-140g/L，锌离子含量8-12g/L，电镀时间30-45min，电镀完成后捞出水洗，制得电镀工件；

步骤四，将电镀工件在钝化剂中钝化30-70s，然后进行超声波水洗，洗净得到钝化工件；

步骤五，将钝化工件置于45-55℃的封闭液中25-50s，然后烘干，制得镀锌工件；封闭液包括儿茶素、液体亚磷酸酯和水溶性醇。

通过采用上述技术方案，先将工件进行脱脂以去除表面的油脂和氧化层，控制脱脂剂的温度，以利于表面处理，通常浸泡6-10分钟即可，工件捞出后进行水洗和酸洗，提高工件表面清洁度，为工件的加工创造良好的表面条件。将工件先置于二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的混合液中，聚氧乙烯醚可有效提高工件的表面活性并促进二苯基甲烷二异氰酸酯与有机醇的反应，在浸泡液中，二苯基甲烷二异氰酸酯与有机醇溶液反应生成聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体具有一定的粘度，以使得后续成膜后具有良好的粘接性，改善镀锌层与工件之间的耐高温湿热稳定性。有机醇具有良好的亲水性和水溶性，兼具优良的润湿力，硼砂溶于水后通过交联有机醇的羟基形成网状结构，不仅能调节体系的粘度，为锌层与工件之间的粘附稳定性提供良好的条件，进而改善镀锌层与工件之间的粘附稳定性。采用聚氧乙烯醚有助于提高各原料组分之间的相容性，与硼砂配合后还能减少反应生成的聚氨酯预聚体的团聚，达到充分分散的效果。

将工件置于电镀液中进行电镀处理，严格控制电镀液的温度、电镀液中的离子含量以及电镀时间，保证镀层的厚度以及镀锌层与工件之间的粘附稳定性，进而保证工件的耐腐蚀性能。工件通过钝化剂进行钝化处理，在工件表面形成致密的钝化膜，有效改善工件的耐腐蚀性能。将钝化工件置于特定温度的封闭液中进行封闭，封闭液中采用儿茶素和液体亚磷酸酯协同，以水溶性醇作为溶剂，制得的封闭液可有效促进镀层与工件之间的耐高温湿热稳定性，同时能够螯合杂质金属粒子，进一步防止产品氧化变色，减少产品因杂质而变色、失光，工件经封闭液处理后，还能在工件表面形成稳定的抗氧化膜，改善产品的光泽度和稳定性。

优选的，步骤二中，二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的质量比为 (1-2):0.3。

通过采用上述技术方案，优化二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的之间的配比关系，以利于促进二苯基甲烷二异氰酸酯与有机醇溶液的反应，协助改善镀层与工件之间的耐高温湿热稳定性。

优选的，步骤二中，聚氧乙烯醚为异戊烯基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基烯丙基聚氧乙烯醚中的一种。

通过采用上述技术方案，优化聚氧乙烯醚的种类，进一步提高工件表面活性，促进二苯基甲烷二异氰酸酯与有机醇的反应，进一步改善镀层与工件之间的耐高温湿热稳定性。

优选的，每升预浸液中，有机醇和硼砂的质量比为(3-4.5):0.5。

通过采用上述技术方案，优化预浸液中组分之间的配比关系，有机醇过量，以使得有机醇既能参与反应，硼砂还能通过交联有机醇的羟基形成网状结构，与聚氧乙烯醚协同，以利于后续锌层的电镀并提高镀层与工件之间的稳定性。

优选的，所述有机醇由聚丙二醇和聚乙烯醇组成，所述聚丙二醇和聚乙烯醇的质量比为(2-3.5):1。

通过采用上述技术方案，选取合适的有机醇进行反应，以利于反应的进行，提高镀层与工件之间的稳定性，改善工件的质量。

优选的，封闭液中，儿茶素、水溶性醇和液体亚磷酸酯的质量比为 (0.5-1):4:(0.7-1.5)。

通过采用上述技术方案，优化儿茶素、水溶性醇和液体亚磷酸酯三者的用量关系，以利于制得的封闭液可有效促进镀层与工件之间的粘附稳定性，同时能够螯合杂质金属粒子，进一步防止产品氧化变色，减少产品因杂质而变色、失光，在工件表面形成稳定的抗氧化膜，改善产品的光泽度和稳定性。

优选的，水溶性醇为乙醇。

通过采用上述技术方案，采用乙醇作为儿茶素和液体亚磷酸酯的溶剂，保证组分之间的相容性。

优选的，步骤一中，化学脱脂完成后将工件置于电解溶液中进行电解脱脂，时间为2-5min，电解脱脂完成后在进行水洗。

通过采用上述技术方案，在化学脱脂完成后再进一步进行电解脱脂，进一步改善工件表面洁净度，减少杂质带来的影响，为后续工件的表面处理创造条件。

优选的，步骤一中，采用质量浓度为35-45％的盐酸溶液进行酸洗，酸洗时间为3-6min。

通过采用上述技术方案，采用合适浓度的盐酸进行酸洗，并控制酸洗时间，既保证了对工件表面的清洁，又能够有效避免工件被腐蚀。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.将表面洁净的工件先置于二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的混合液中，聚氧乙烯醚可有效提高工件的表面活性并促进二苯基甲烷二异氰酸酯与有机醇的反应，在浸泡液中，二苯基甲烷二异氰酸酯与有机醇溶液反应生成聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体具有一定的粘度，以使得后续成膜后具有良好的粘接性，显著改善镀锌层与工件之间的稳定性。有机醇具有良好的亲水性和水溶性，兼具优良的润湿力，硼砂溶于水后通过交联有机醇的羟基形成网状结构，不仅能调节体系的粘度，为锌层与工件之间的粘附稳定性提供良好的条件，进而改善镀锌层与工件之间的粘附稳定性。采用聚氧乙烯醚有助于提高各原料组分之间的相容性，与硼砂配合后还能减少反应生成的聚氨酯预聚体的团聚，达到充分分散的效果。

2.将钝化工件置于特定温度的封闭液中进行封闭，封闭液中采用儿茶素和液体亚磷酸酯协同，以水溶性醇作为溶剂，制得的封闭液可有效促进镀层与工件之间的稳定性，同时能够螯合杂质金属粒子，进一步防止产品氧化变色，减少产品因杂质而变色、失光，在工件表面形成稳定的抗氧化膜，改善产品的光泽度和稳定性。

3.通过本申请制得的工件与表面镀锌层之间的粘附稳定性佳，在经过长时间的高温湿热处理后表面也无起泡、脱层现象，且工件的耐腐蚀性优异。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请所用原料均为普通市售原料，其中脱脂剂购自济南卡松化工有限公司的脱脂剂KS-R8120，钝化剂为电镀锌三价铬钝化剂，购自上海恒垄化工有限公司。

实施例

实施例1

一种用于金属工件的镀锌方法，包括以下步骤：步骤一，将打磨后的工件浸泡在55℃的脱脂剂中进行化学脱脂，去除表面油脂等杂质，浸泡10min 后捞出，然后将工件置于电解溶液中进行电解脱脂，时间为2min，随后捞出水洗两次，洗净后将工件置于酸洗槽中酸洗6min，酸洗槽内盛放质量浓度为35％的盐酸溶液，酸洗后再进行两次水洗；

步骤二，将步骤一洗净后的工件表面吹干，置于二苯基甲烷二异氰酸酯和异戊烯基聚氧乙烯醚的混合液中1min，二苯基甲烷二异氰酸酯和甲基烯丙基聚氧乙烯醚的质量比为1:0.3；捞出后浸泡在70℃的预浸液中反应 7min，制得预处理工件；每升预浸液中包括聚丙二醇20g、聚乙烯醇10g和硼砂5g，其余为水；

步骤三，将预处理工件在温度为22℃的电镀液中进行电镀处理，电镀液包括氢氧化钠120g/L，锌离子含量8g/L，电镀45min，电镀完成后捞出水洗三次，制得电镀工件；

步骤四，将电镀工件在钝化剂中钝化30s，然后进行超声波水洗，洗净后得到钝化工件；

步骤五，将钝化工件置于55℃的封闭液中25s，然后在80℃下恒温烘干，制得镀锌工件；封闭液包括质量比为0.5:4:0.7的儿茶素、乙醇和液体亚磷酸酯。

实施例2

一种用于金属工件的镀锌方法，包括以下步骤：步骤一，将打磨后的工件浸泡在70℃的脱脂剂中进行化学脱脂，去除表面油脂等杂质，浸泡6min 后捞出，然后将工件置于电解溶液中进行电解脱脂，时间为5min，随后捞出水洗两次，洗净后将工件置于酸洗槽中酸洗6min，酸洗槽内盛放质量浓度为35％的盐酸溶液，酸洗后再进行两次水洗；

步骤二，将步骤一洗净后的工件表面吹干，置于二苯基甲烷二异氰酸酯和异戊烯基聚氧乙烯醚的混合液中1min，二苯基甲烷二异氰酸酯和甲基烯丙基聚氧乙烯醚的质量比为1:0.3；捞出后浸泡在85℃的预浸液中反应5min，制得预处理工件；每升预浸液中包括聚丙二醇20g、聚乙烯醇10g和硼砂5g，其余为水；

步骤三，将预处理工件在温度为30℃的电镀液中进行电镀处理，电镀液包括氢氧化钠140g/L，锌离子含量12g/L，电镀30min，电镀完成后捞出水洗三次，制得电镀工件；

步骤四，将电镀工件在钝化剂中钝化70s，然后进行超声波水洗，洗净后得到钝化工件；

步骤五，将钝化工件置于45℃的封闭液中50s，然后在120℃下恒温烘干，制得镀锌工件；封闭液包括质量比为0.5:4:0.7的儿茶素、乙醇和液体亚磷酸酯。

实施例3

一种用于金属工件的镀锌方法，包括以下步骤：步骤一，将打磨后的工件浸泡在62℃的脱脂剂中进行化学脱脂，去除表面油脂等杂质，浸泡5min 后捞出，然后将工件置于电解溶液中进行电解脱脂，时间为5min，随后捞出水洗两次，洗净后将工件置于酸洗槽中酸洗5min，酸洗槽内盛放质量浓度为40％的盐酸溶液，酸洗后再进行两次水洗；

步骤二，将步骤一洗净后的工件表面吹干，置于二苯基甲烷二异氰酸酯和异戊烯基聚氧乙烯醚的混合液中2min，二苯基甲烷二异氰酸酯和壬基酚聚氧乙烯醚的质量比为2:0.3；捞出后浸泡在74℃的预浸液中反应6min，制得预处理工件；每升预浸液中包括聚丙二醇20g、聚乙烯醇10g和硼砂 5g，其余为水；

步骤三，将预处理工件在温度为30℃的电镀液中进行电镀处理，电镀液包括氢氧化钠140g/L，锌离子含量12g/L，电镀30min，电镀完成后捞出水洗三次，制得电镀工件；

步骤四，将电镀工件在钝化剂中钝化60s，然后进行超声波水洗，洗净后得到钝化工件；

步骤五，将钝化工件置于52℃的封闭液中38s，然后在90℃下恒温烘干，制得镀锌工件；封闭液包括质量比为0.5:4:0.7的儿茶素、乙醇和液体亚磷酸酯。

实施例4

与实施例3的区别在于，步骤一中，选用质量浓度为20％的柠檬酸进行酸洗，其余均与实施例3相同。

实施例5

与实施例3的区别在于，步骤二中，二苯基甲烷二异氰酸酯和壬基酚聚氧乙烯醚的质量比为1.6:0.3，其余均与实施例3相同。

实施例6

与实施例3的区别在于，步骤二中，二苯基甲烷二异氰酸酯和壬基酚聚氧乙烯醚的质量比为0.3:1.6，其余均与实施例3相同。

实施例7

与实施例3的区别在于，步骤二中，聚氧乙烯醚为异戊烯基聚氧乙烯醚，其余均与实施例3相同。

实施例8

与实施例5的区别在于，步骤二中，每升预浸液中包括聚丙二醇30g、聚乙烯醇10g和硼砂5g，其余为水；其余均与实施例5相同。

实施例9

与实施例8的区别在于，步骤二中，每升预浸液中包括聚丙二醇80g 和硼砂5g，其余为水；其余均与实施例5相同。

实施例10

与实施例8的区别在于，步骤二中，每升预浸液中包括乙二醇80g和硼砂2g，其余为水；其余均与实施例5相同。

实施例11

与实施例8的区别在于，步骤三不同，步骤三具体为：将预处理工件在温度为27℃的电镀液中进行电镀处理，电镀液包括氢氧化钠130g/L，锌离子含量10g/L，电镀38min，电镀完成后捞出水洗三次，制得电镀工件；

实施例12

与实施例11的区别在于，步骤五中，封闭液包括质量比为0.7:4:1.2 的儿茶素、乙醇和液体亚磷酸酯，其余均与实施例11相同。

实施例13

与实施例11的区别在于，步骤五中，封闭液包括质量比为1:4:1.5的儿茶素、乙醇和液体亚磷酸酯，其余均与实施例11相同。

对比例

对比例1

与实施例12的区别在于，步骤二中不加入硼砂，其余均与实施例12 相同。

对比例2

与实施例12的区别在于，不加入壬基酚聚氧乙烯醚，其余均与实施例 12相同。

对比例3

与实施例12的区别在于，省略步骤二，其余均与实施例12相同。

对比例4

与实施例12的区别在于，步骤五中，不加入儿茶素，其余均与实施例 12相同。

对比例5

与实施例12的区别在于，封闭液为购自上海朴美化工有限公司的镀锌封闭剂PX200，其余均与实施例12相同。

性能检测试验

将实施例1-13和对比例1-5制得的工件进行镀层稳定性试验，方法如下：将工件先在220℃的温度下恒温处理30分钟，然后立即在水中淬火至温度20℃以下，然后在温度为80℃、空气相对湿度为85％的条件下放置72h，观察工件表层是否有起泡、镀层剥落的现象，将结果记录在表1。

将实施例1-13和对比例1-5制得的工件参考标准GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验进行耐盐雾试验，具体条件为：盐水浓度50±5g/L，pH值为6.8，试验温度为35±2℃，喷雾压力0.1MPa，烟雾沉降量1-2ml/h，盐雾时间360h，观察96h、120h、240h和360h时工件表层是否出现白锈、红锈的现象，将结果记录在表1。

表1试验结果

结合实施例1-13并结合表1可以看到，产品的镀层稳定性和耐盐雾腐蚀性均较佳，其中实施例6中，二苯基甲烷二异氰酸酯和壬基酚聚氧乙烯醚之间的用量比欠佳，实施例9中缺少聚乙烯醇且聚丙二醇相对过多，实施例10中的有机醇为乙二醇，其制得的工件在镀层稳定性试验中，虽然没有出现镀层剥落现象，但都出现了个别部位轻微起泡，由此可见，步骤二中的各原料组分和组分之间的用量关系对产品的镀层稳定性具有一定的影响。

结合实施例12和对比例1-2并结合表1可以看出，在步骤二中，不论是缺少了硼砂还是聚氧乙烯醚，制得的工件在镀层稳定性试验中，均出现少量气泡现象，产品的镀层稳定性明显下降，在耐盐雾试验后，96h无白锈， 240h无红锈，与实施例12的120h无白锈，360h无红锈相比，产品的耐腐蚀性也欠佳。而对比例3中缺少了步骤二，产品工件表面不仅出现起泡，还有少量的镀层脱落，产品的镀层在经过高温高湿处理后，镀层的稳定性不佳。在耐盐雾试验中，96h的时候就出现少许白锈，工件表层的钝化膜开始被腐蚀，仅能保持120h无红锈，120h后，工件基体开始逐渐被腐蚀，工件的耐盐雾腐蚀性也显著下降。由此可见，步骤二中的各原料组分相辅相成，协同改善工件的镀层耐高温湿热稳定性，同时提高产品的耐盐雾腐蚀性。

结合实施例12和对比例4-5并结合表1可以看到，在封闭液中不添加儿茶素，工件在镀层稳定性试验中，工件表面会出现少量气泡现象，产品的镀层稳定性明显下降；这是由于儿茶素与液体亚磷酸酯协同，有效促进镀层与工件之间的稳定性，并在工件表面形成稳定的抗氧化膜，有效改善镀层耐高温湿热稳定性。而对比例5中采用普通市售的封闭剂进行封闭后，工件在经过高温高湿处理后，镀层与工件之间的稳定性显著降低，出现起泡和镀层少许脱落现象，耐盐雾腐蚀性可达到96h无白锈，240h无红锈，与实施例12的120h无白锈，360h无红锈相比，产品的耐腐蚀性也欠佳；由此可见普通市售的封闭剂对产品在经过高温高湿处理后，对镀层的稳定性改善作用不大。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，将打磨后的工件浸泡在55-70℃的脱脂剂中进行化学脱脂，去除表面油脂等杂质，捞出水洗，洗净后进行酸洗，酸洗后再进行水洗；

步骤二，将步骤一洗净后的工件置于二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的混合液中，捞出后浸泡在70-85℃的预浸液中反应5-7min，制得预处理工件；预浸液中溶质包括有机醇和硼砂，溶剂为水；

步骤三，将预处理工件在温度为22-30℃的电镀液中进行电镀处理，电镀液包括氢氧化钠120-140g/L，锌离子含量8-12g/L，电镀时间30-45min，电镀完成后捞出水洗，制得电镀工件；

步骤四，将电镀工件在钝化剂中钝化30-70s，然后进行超声波水洗，洗净得到钝化工件；

步骤五，将钝化工件置于45-55℃的封闭液中25-50s，然后烘干，制得镀锌工件；封闭液包括儿茶素、液体亚磷酸酯和水溶性醇。

2.根据权利要求1所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于： 步骤二中，二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯醚的质量比为(1-2):0.3。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：步骤二中，聚氧乙烯醚为异戊烯基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚或甲基烯丙基聚氧乙烯醚中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：每升预浸液中，有机醇和硼砂的质量比为(3-4.5):0.5。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：所述有机醇由聚丙二醇和聚乙烯醇组成，所述聚丙二醇和聚乙烯醇的质量比为(2-3.5):1。

6.根据权利要求1所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：封闭液中，儿茶素、水溶性醇和液体亚磷酸酯的质量比为(0.5-1):4:(0.7-1.5)。

7.根据权利要求1或6所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：水溶性醇为乙醇。

8.根据权利要求1所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：步骤一中，化学脱脂完成后将工件置于电解溶液中进行电解脱脂，时间为2-5min，电解脱脂完成后在进行水洗。

9.根据权利要求8所述的一种用于金属工件的镀锌方法，其特征在于：步骤一中，采用质量浓度为35-45%的盐酸溶液进行酸洗，酸洗时间为3-6min。