CN101397688A - 一种锌合金制品的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锌合金制品的表面处理方法，该方法包括依次对锌合金制品进行表面抛光、脱脂除油、酸活化和电镀，其中，该方法在进行所述电镀之前还包括在锌合金制品表面形成转化膜。利用本发明提供的锌合金制品的表面处理方法形成的电镀层与锌合金表面具有较强的结合力并且具有较强的防腐蚀性。
Description
技术领域
本发明是关于一种锌合金制品的表面处理方法。
背景技术
由于锌合金具有成型温度低、易加工等优点，所以在工业领域有着广泛的应用。然而，锌合金的主要成分锌是两性金属，电极电位较负，对酸碱都比较敏感，容易发生化学反应导致腐蚀，因此锌合金材料存在稳定性较差和抗蚀防护性能不高等缺点。通常通过对锌合金电镀以提高其抗蚀防护性和装饰性。然而锌合金的镀层常会出现鼓泡、色泽不均匀、不光亮等故障。目前，为提高锌合金制品表面的电镀层的耐蚀性以及其与锌合金表面的结合力，已经发展出了很多锌合制品电镀处理工艺，例如：程沪生公布了一种锌合金压铸件镀前处理工艺，其主要工艺流程为：机械抛光—化学除油—电解除油—清洗—浸蚀—清洗—预镀(程沪生，锌合金压铸件镀前处理，电镀与涂饰，2007(4)：18-20)，通过该镀前工艺处理能够在一定程度上提高锌合金制品表面的电镀层与锌合金表面的结合力，然而锌合金制品表面上的电镀层与锌合金表面的结合力仍不够强(电镀层比较容易出现鼓泡的情况)，致使锌合金制品表面容易受到腐蚀。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的锌合金制品表面的电镀层与锌合金表面的结合力不够强(电镀层比较容易出现鼓泡的情况，致使锌合金制品表面容易受到腐蚀)的缺陷，提供一种锌合金制品的表面处理方法，使得用该方法形成的电镀层与锌合金表面具有较强的结合力，具有很强的防腐蚀性能。
本发明提供的一种锌合金制品的表面处理方法包括依次对锌合金制品进行表面抛光、脱脂除油、酸活化和电镀，其中，该方法在进行所述电镀之前还包括在锌合金制品表面形成转化膜。
利用本发明提供的锌合金制品的表面处理方法形成的电镀层与锌合金表面具有较强的结合力，具有较强的防腐蚀性能。
具体实施方式
本发明提供的锌合金制品的表面处理方法包括依次对锌合金制品进行表面抛光、脱脂除油、酸活化和电镀，其中，该方法在进行所述电镀之前还包括在锌合金制品表面形成转化膜。
所述的表面抛光可以使用常规的各种表面抛光方法，例如对锌合金制品进行表面机械抛光处理，使铸件表面达到平整光滑。优选以使用粗抛油膏以1000-1400转/分钟的转速做粗抛处理，更优选进一步使用精抛油膏以1450-1800转/分钟的转速进行精抛处理。所述粗抛油膏和精抛油膏已为本领域技术人员所公知，可以商购得到。
所述的脱脂除油步骤可以采用常规的各种脱脂除油方法，优选包括超声波脱脂和电解除油。
其中，所述超声波脱脂处理的方法包括将锌合金制品放入在脱脂液中，并在脱脂液中施加超声波。所述脱脂液可以使用常用的各种锌合金脱脂液，优选含有15-30克/升的Na3PO4、10-25克/升的Na2CO3和10-100毫升/升的市售锌合金除腊水。所述超声波脱脂处理的温度可以为50-65℃，超声波清洗机功率2.4Kw，处理时间可以为5-30分钟。
所述电解除油的方法包括将锌合金制品放入盛有碱性水溶液的槽体中作为阴极，以不发生阳极溶解反应的导电材料作为阳极，进行外加电流处理，所述导电材料为常规的可以作为阳极的材料，例如为不锈钢板或碳棒，所述碱性水溶液可以为常用的碱性水溶液，例如氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液，所述碱性水溶液的pH值可以为7.5-9.5，温度可以为40-70℃，所述锌合金制品上的电流密度可以为3-10安培/平方分米，处理时间可以为0.5-5分钟，除油后可以用水冲洗干净，优选为立即用50-100℃的热水清洗，再以流动水充分清洗干净。
所述的酸活化步骤可以为将锌合金制品放入酸溶液中进行浸泡，所述酸溶液可以含有5-15毫升/升的硫酸和5-10毫升/升的氢氟酸，温度可以为10-40℃，处理时间为1-5秒。
所述在锌合金制品表面形成转化膜的方法可以为将锌合金制品表面进行阳极氧化，所述阳极氧化包括将锌合金制品放入盛有阳极氧化溶液的槽体中，以所述锌合金制品为阳极，以常用阴极(例如不锈钢板)作为阴极。所述阳极氧化溶液可以为碱溶液，所述碱溶液可以为常用的碱性水溶液，例如氢氧化钠和/或氢氧化钾的水溶液，其中，氢氧化物的含量可以为10-50克/升。所述阳极氧化的条件可以包括电流密度为3-10安培/平方分米，处理时间为5-30分钟。取出后可以经三道水洗彻底清洗干净(所述水洗可以为室温条件下进行浸泡)，在室温下让锌合金阳极氧化膜达到表干，然后放入烘箱中，在100-180℃下烘烤0.5-3小时，使转化膜表面达到全干。用所述阳极氧化方法形成的转化膜具有均匀细密的微孔，使得后续的电镀层能够结合的更加紧密。
所述在锌合金制品表面形成转化膜的方法还可以为包括将锌合金制品与化学成膜液接触的化学成膜方法，该化学成膜液为含有水溶性金属盐、成膜助剂和酸度调整剂的水溶液，其中，所述水溶性金属盐和成膜助剂都可以为常规的化学成膜液中所用的组分和含量，例如，所述水溶性金属盐可以选自铜盐、锌盐、钙盐，所述金属盐的含量可以为1-100克/升；所述成膜助剂例如可以为硫酸铵和/或氯酸钾，所述成膜助剂的含量可以为5-150克/升；所述酸度调节剂可以为常规的酸度调节剂，例如可以为氨水或偏磷酸，将所述化学成膜液调节到近中性范围比较适宜。所述接触的条件可以包括接触温度为20-80℃，接触时间为5秒-10分钟，优选为包括接触温度为20-50℃，接触时间为40秒-5分钟，取出后，可以进行水洗，优选为经三道水洗彻底清洗干净，所述水洗可以为室温条件下进行浸泡。
对经过转化膜处理后的锌制品进行电镀，所述电镀为选自预镀、功能性(例如增强基材表面耐腐蚀性)电镀和装饰性(例如提供某一种外观颜色)电镀中的一种或几种，优选为先进行预镀，然后进行功能性电镀和/或装饰性电镀。所述预镀、功能性电镀和装饰性电镀都可以利用常规的电镀方法镀上预设的金属镀层，例如可以将锌合金制品作为负极，以不锈钢板作为正极，利用常规的含预设金属离子的电镀液进行电镀。其中，所述预镀例如可以预镀碱铜、预镀焦铜或预镀镍，所述功能性电镀和装饰性电镀例如可以镀铜、镀铬或镀钛。
下面通过实施例更详细地描述本发明。各实施例中，如果不做特殊说明，所用溶液的溶剂皆为水，所述室温约为25℃。
实施例1
[试样]ZZnAL4-1压铸制品(比亚迪股份有限公司)
[处理程序]
机械抛光→水洗→水洗→超声波脱脂→水洗→水洗→电解除油→水洗→水洗→酸活化→水洗→水洗→转化膜处理→水洗→水洗→水洗→电镀→后处理
[处理溶液的组成及处理条件]
机械抛光：江门杰利信抛磨材料有限公司生产的黄色中粗抛光油膏(SBT-600型号)及白色精抛油膏(SBW-804型号)；东莞市晶密机械设备有限公司生产的抛光机(JM-101型号)。粗抛10分钟，抛光轮转速为1200转/分钟；精抛10分钟，抛光轮转速为1500转/分钟。
超声波脱脂：超声波清洗机功率2.4Kw；沪基化工(上海)有限公司生产的强力除腊水(MTJ6型号)50毫升/升，磷酸钠15克/升，碳酸钠15克/升。处理条件为：在50℃的上述除腊水中超声处理5分钟。
电解除油：广州市达志化工科技有限公司生产的电解除油液(DC-4型号)，温度为40℃，以锌合金铸件为阴极，使锌合金铸件上的电流密度达到3安培/平方分米，处理0.5分钟。
酸活化：
酸化液配方及工艺参数如下：
硫酸 5毫升/升
氢氟酸 5毫升/升
浸泡时间 2秒
温度 室温
化学成膜：
所用化学成膜液配方及工艺参数如下：
硫酸铵 62克/升
氨水 50毫升/升
硫酸铜 16克/升
硝酸钠 2克/升
温度 45℃
浸泡时间 45秒
电镀：将表面化学成膜后的样品带电入槽，置入镀缸，以锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，先后进行预镀镍、酸性镀铜及镀光亮镍。工艺分别如下：
1)预镀镍：
硫酸镍 180克/升
柠檬酸钠 200克/升
氯化钠 12克/升
硼酸 30克/升
pH值 7
温度 45℃
阴极移动 20次/分钟
电流密度 2安培/平方分米
时间 15分钟
注：由于转化膜有一定的电阻，故开始采用冲击电流4安培/平方分米，2分钟后恢复正常的电流密度。
2)酸性镀铜：
将预镀镍后的锌合金铸件置入电解槽作为阴极，以不锈钢板为阳极，在酸铜镀液(永星化工有限公司UBX镀液)中在30℃下进行电镀20分钟，电流密度为3安培/平方分米。
3)镀光亮镍：
采用美国安美特化学公司的SM26亮镍电镀工艺。配方及工艺如下：
硫酸镍 270克/升
氯化镍 60克/升
硼酸 45克/升
光亮剂SM26 1毫升/升
柔软剂A25(4x) 10毫升/升
辅助剂SA21 3毫升/升
湿润剂Y217 1.5毫升/升
pH 4.8
温度 55℃
时间 5分钟
电流密度 2安培/平方分米
4)后处理：将电镀后的稀土合金在六价铬钝化液(麦德美有限公司生产)中进行钝化，所述钝化的时间为1秒。
水洗：各步骤之间水洗皆是在室温条件下在纯水中浸泡2分钟。
实施例2
[试样]与实施例1相同。
[处理程序]与实施例1相同。
[处理溶液的组成及处理条件]
机械抛光：设备及抛光油膏同实施例1。粗抛时，抛光轮转速1300转/分钟；精抛时，抛光轮转速为1600转/分钟。
超声波脱脂：超声波清洗机功率2.4Kw；沪基化工(上海)有限公司生产的强力除腊水(MTJ 6型号)100毫升/升，磷酸钠20克/升，碳酸钠20克/升。处理条件：在50℃的上述除腊水中超声处理5分钟。
电解除油：除油液同实施例1，温度为50℃，电流密度为5安培/平方分米，时间2分钟。
酸活化：
酸化液配方及工艺参数如下：
硫酸 10毫升/升
氢氟酸 5毫升/升
时间 1秒
温度 室温
化学成膜：
所用化学成膜液配方及工艺参数如下：
氯酸钾 100克/升
硫酸铜 5克/升
氯化铵 30克/升
氨水 30毫升/升
温度 20℃
时间 5分钟
水洗：各步骤水洗皆是在室温条件下进行浸泡。
电镀：将表面化学成膜后的样品带电入槽，置入镀缸，以锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，先后进行预镀碱铜、镀光亮镍及镀铬。工艺分别如下：
1)预镀碱铜：以表面化学成膜后的锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，在无氰碱铜镀液(苏州市汉宜化学有限公司生产，DT-CU型号)中进行电镀，温度为50℃，时间为5分钟，电流密度为1安培/平方分米。
注：由于转化膜有一定的电阻，故开始采用冲击电流4安培/平方分米，2分钟后恢复正常的电流密度。
2)镀光亮镍：工艺同实施例1。
3)镀铬：以锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，在三价铬镀液(麦德美有限公司生产)中在50℃下进行电镀5分钟，电流密度为30安培/平方分米。
4)后处理：工艺同实施例1。
实施例3
[试样]与实施例1相同。
[处理程序]与实施例1相同。
[处理溶液的组成及处理条件]
机械抛光：设备及抛光油膏同实施例1。粗抛时，抛光轮转速为1500转/分钟；精抛时，抛光轮转速为1800转/分钟。
超声波脱脂：超声波清洗机功率2.4Kw；沪基化工(上海)有限公司生产的强力除腊水(MTJ 6型号)120毫升/升，磷酸钠30克/升，碳酸钠25克/升。处理条件：在60℃的上述除腊水中超声处理20分钟。
电解除油：除油液同实施例1，温度为70℃，电流密度为10安培/平方分米，时间5分钟。
酸活化：
配方及工艺参数如下：
硫酸 15毫升/升
氢氟酸 8毫升/升
时间 1秒
温度 室温
电化学成膜(阳极氧化)：
氢氧化钠 20克/升
温度 40℃
电流密度 6安培/平方分米
时间 7分钟
水洗：各步骤水洗皆是在室温条件下进行浸泡。
电镀：将表面化学成膜后的样品带电入槽，置入镀缸，以锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，先后进行预镀焦铜、镀光亮镍及镀锌。工艺分别如下：
1)预镀焦铜：以表面化学成膜后的锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，在焦铜镀液(吉和昌精细化工有限公司)中进行电镀，温度为30℃，时间为3分钟，电流密度为1安培/平方分米。
注：由于转化膜有一定的电阻，故开始采用冲击电流为2安培/平方分米，2分钟后恢复正常的电流密度。
2)镀光亮镍：工艺同实施例1。
3)镀锌：以锌合金铸件为阴极，不锈钢板为阳极，在锌镀液(吉和昌精细化工有限公司生产，L-5AB型号)中，在室温下进行电镀15分钟，电流密度为3安培/平方分米。
4)后处理：工艺同实施例1。
对比例1
[试样]同实施例1
[处理程序]与实施例1对比，减除了“转化膜处理”步骤
[处理溶液的组成及处理条件]相应的处理溶液及处理条件同实施例1
对比例2
[试样]同实施例2
[处理程序]与实施例2对比，减除了“转化膜处理”步骤
[处理溶液的组成及处理条件]相应的处理溶液及处理条件同实施例2
对比例3
[试样]同实施例3
[处理程序]与实施例3对比，减除了“转化膜处理”步骤
[处理溶液的组成及处理条件]相应的处理溶液及处理条件同实施例3
锌合金表面处理后耐蚀性的评估
盐雾测定方法为将制得的电镀件置于盐雾箱内，在35℃下用浓度为5重量％的氯化钠水溶液喷涂电镀件2小时后，取出后再将镀件置于另外一个温度为40℃、相对湿度为80％的恒温恒湿箱中，观察电镀件，记录在多长时间后电镀件表面出现异常，结果如表1所述。使用无锡市佳源环境试验设备有限公司生产的YWX/Q-150型盐雾腐蚀试验箱。
锌合金表面处理层与基体结合力的评估
在处理后的锌合金样品表面上用锋利的刀刃划出大小均匀的间隔为1毫米的小方格个数100(划痕深度控制在保证膜下基体金属暴露)，统计膜脱落的小方格数N1，在膜上的划格区域贴上宽度为24毫米的透明胶带，并保证胶带与有方格的膜之间结合紧密。5分钟后，用一垂直膜面的力将胶带揭起，并再次统计膜脱落的小方格数N2。评估方法如下：采用百分制，膜结合力分数Z＝100-(N1+N2)，评测结果如表1所述。
表1
| 编号 | 耐腐蚀性(小时) | 结合力(Z) |
| 实施例1 | 144 | 98 |
| 实施例2 | 168 | 96 |
| 实施例3 | 180 | 97 |
| 对比例1 | 36 | 75 |
| 对比例2 | 24 | 68 |
| 对比例3 | 24 | 61 |
从表1所示结果可以看出，按照本发明提供的实施例1-3的方法得到的锌合金表面处理件，耐腐蚀性和表面处理层的结合力均明显优于对比例1-3得到的部件。从而说明，利用本发明提供的锌合金制品的表面处理方法形成的电镀层与锌合金表面具有较强的结合力并且具有较强的耐蚀性。
Claims (10)
1、一种锌合金制品的表面处理方法，该方法包括依次对锌合金制品进行表面抛光、脱脂除油、酸活化和电镀，其特征在于，该方法在进行所述电镀之前还包括在锌合金制品表面形成转化膜。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述在锌合金制品表面形成转化膜的方法为将锌合金制品表面进行阳极氧化，所述阳极氧化包括将锌合金制品放入阳极氧化溶液中，以所述锌合金制品为阳极，以导电材料为阴极，施加电流。
3、根据权利要求2所述的方法，其中，所述阳极氧化溶液中含有氢氧化物，所述氢氧化物的含量为10-50克/升。
4、根据权利要求2所述的方法，其中，所述阳极氧化的条件包括电流密度为3-10安培/平方分米，处理时间为5-30分钟。
5、根据权利要求1所述的方法，其中，所述在锌合金制品表面形成转化膜的方法包括将锌合金制品与化学成膜液接触，该化学成膜液为含有水溶性金属盐、成膜助剂和酸度调整剂的水溶液。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，所述接触的条件包括接触温度为20-80℃，接触时间为5秒-10分钟。
7、根据权利要求5所述的方法，其中，所述水溶性金属盐选自铜盐、锌盐和钙盐中的一种或多种。
8、根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱脂除油步骤包括超声波脱脂和电解除油；所述电解除油包括将锌合金制品放入碱性水溶液中，将所述锌合金制品作为阴极，以不发生阳极溶解反应的导电材料作为阳极，对所述锌合金制品进行外加电流处理，所述碱性水溶液的pH值为7.5-9.5，温度为40-70℃，所述锌制品上的电流密度为3-10安培/平方分米，处理时间为0.5-5分钟。
9、根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸活化为将锌合金制品放入酸溶液中进行浸泡，所述酸溶液含有5-15毫升/升的硫酸和5-10毫升/升的氢氟酸，温度为10-40℃，处理时间为1-5秒。
10、根据权利要求1所述的方法，其中，所述电镀选自预镀、功能性电镀和装饰性电镀中的一种或几种。
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