工艺因素对硅酸盐无铬钝化中耐蚀性的影响

摘要：硅酸盐钝化是一种无铬钝化工艺，具有处理成本低、耐蚀性好、钝化液稳定、无毒、无污染等优点。但操作工艺要求高，钝化时间、PH值，钝化温度以及钝化液组分的含量对耐蚀性的影响很大，偏离各工艺参数的最佳值都将会降低钝化膜的耐蚀性。本文将对采用硅酸盐无铬钝化技术中影响耐蚀性的各种工艺因素进行详细阐述，对硅酸盐无铬钝化技术的发展具有指导意义。

关键词：硅酸盐、无铬钝化、耐蚀性

中图分类号：TQ153.1+5 文献标识码：A 文章编号：

一、硅酸盐无铬钝化技术的发展

镀锌工艺被广泛应用于刚铁制品当中，是因为锌的电位比铁负低, 当钢铁制件受到腐蚀介质浸蚀时, 表面镀锌首先遭到腐蚀而保护了钢铁制品的基体。特别是镀锌层经过钝化处理生成一层光亮而美丽的钝化膜后, 不仅显著提高了镀锌层的防护性能, 而且提高了镀锌零件的外观装饰性。对镀锌层进行钝化处理的技术发展已久，广泛采用的是铬酸盐钝化，这是因为无论从膜层强度、耐蚀性、彩色功能、溶液的稳定性，还是从具有工艺简单、成本低廉等优点来看都较好。但是铬酸盐钝化中，由于铬酸盐中六价铬具有高毒性且易致癌，随着环保意识的增强，政府将严格限制铬酸盐的使用、排放；因此无铬钝化工艺的研究成为目前钝化技术的主流。

二、硅酸盐无铬钝化技术的工艺介绍

金属由于介质的作用发生腐蚀，生成的腐蚀产物如果具有致密的结构，形成了一层薄膜，紧密的覆盖在金属的表面，这样就改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃进，而成为耐蚀的钝态，从而显示出耐腐蚀的性能，这层薄膜则称为钝化膜。为了进一步提高镀锌层的耐蚀性能，一般需要对镀锌件表面进行钝化处理。钝化处理就是将镀件浸入一定的溶液中，通过化学或电化学反应，在镀层表面形成一层坚实致密且稳定性高的薄膜，进一步提高镀层表面光泽和抗腐蚀能力，从而提高钢铁零部件的使用寿命。

硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称。采用硅酸盐制作的钝化液属于沉淀型缓蚀剂，具有处理成本低廉、钝化液稳定性能好、使用方便、无污染等优点，而且其来源丰富，价格低廉。采用硅酸盐钝化液生成的钝化膜层能够进行着色处理，对染料和涂料具有良好的附着力。因此，硅酸盐无铬钝化技术具有广泛的应用前景。

三、在硅酸盐无铬钝化技术中影响耐蚀性的关键性因素

影响钝化耐蚀性的关键性因素有两个方面，一是构成硅盐酸钝化液的各种化学物质浓度比，二是工艺因素。下面详细说明：

（一）硅盐酸钝化液中各化学成份浓度比对耐蚀性的影响

1、硅盐酸钝化液中硅酸钠(Na2SiO3)的浓度比对耐蚀性的影响

大量的实验表明，硅盐酸钝化液中的主要组成部份硅酸钠的浓度在同样的工艺条件情况下成为影响耐蚀性的主要因素，当硅酸钠浓度在18g/L左右时，耐蚀性能最好。其含量太少，聚合反应不完全，生成的钝化膜薄，不易生成大分子的网状产物，成膜不完整，耐蚀性能差;含量太高，聚合物易分布不均匀，钝化膜性能下降。

2、硅盐酸钝化液中硝酸（HNO3）的浓度比对耐蚀性的影响

实验表明：当硝酸浓度在 14ML/L左右时，耐蚀性能最好。肖酸的主要作用是起调节钝化液PH值的作用，若PH值太低，溶液中H+浓度大，降低钝化膜的耐蚀性；若PH太高，镀锌层表面的溶解速度太慢，钝化膜不完整，会使钝化膜的耐蚀性下降。

3、硅盐酸钝化液中硫酸锌（ZnSO4·7HZ）的浓度比对耐蚀性的影响

实验表明：当硫酸锌浓度在28g/L左右时，耐蚀性能最好。钝化液形成硫硅多酸，有利于与镀锌层表面作用形成钝化膜，加快成膜的速度。硫酸根含量过低时，成膜速度慢，耐蚀性能差;含量过高时，硫硅多酸含量过高，氧化性增强，继续与钝化膜表面转化膜反应，降低耐蚀性能。

4、硅盐酸钝化液中双痒水（H2O2）的浓度比对耐蚀性的影响

实验表明：当双氧水浓度在10mL/L左右时，耐蚀性能最好。由于过氧化氢有氧化作用，能使镀层中的残留的杂质氧化分解，含量太少时，成膜慢，膜层不均匀、致密，耐蚀性能差，但含量过高时，氧化作用太强，会将已生成的钝化膜继续氧化，使钝化膜耐蚀性能降低。

5、硅盐酸钝化液中氟化钠（NaF）的浓度比对耐蚀性的影响

实验表明：当氟化钠浓度在2.6岁L左右时，耐蚀性能最好。氟离子可用作鳌合剂，络合水中的锌离子，减小锌对聚合反应的影响。氟离子含量太少，钝化主反应慢，成膜速度慢，钝化膜的耐蚀性能差;含量太高，氟离子与生成的钝化膜中锌离子反应，使钝化膜产生缺陷，降低了耐蚀性。

（二）、工艺因素对硅酸盐钝化中耐蚀性的影响

1、钝化时间对钝化膜耐蚀性能的影响

通常情况下，镀锌板的腐蚀并不是表面的镀锌层全部均匀地腐蚀掉，而是在镀层与基板结合较差的地方镀层首先被腐蚀掉，从而造成局部严重腐蚀失去使用性能。钝化时间太短，膜层不均匀，不完整，出黑斑时间早；钝化时间太长，膜层被腐蚀，使得钝化膜表面出黑斑的时间提前。大量的实验表明，钝化时间在80s左右时，耐蚀性能最好。钝化时间太短，钝化膜成膜时间短，膜层不完整、均匀，耐蚀性能差。然而，在实际工厂生产中，钝化时间由于规模的增大和生产效率的原因，一般选取钝化时间为205，既可以得到较好的耐蚀性能的钝化膜，也可以提高工厂的生产效率。

2、pH值对钝化膜耐蚀性能的影响

在其它条件相同的情况下，改变PH值来测试钝化膜的耐蚀性，通过测试发现：pH值在3时耐蚀性能最好。pH值大于5后钝化膜成膜困难，而且钝化液易生成胶状Zn(0H):沉淀。pH值过低，酸性过强，腐蚀钝化膜，形成的钝化膜较薄，耐蚀性能差。

3、钝化温度对钝化膜耐蚀性能的影响

在其它条件相同的情况下，改变钝化的温度测试钝化膜的耐蚀性，发现：钝化温度在25℃左右时，耐蚀性能最好。温度低，钝化膜薄，耐蚀性能差;温度过高，钝化膜溶解快，使钝化膜耐蚀性能降低。

4、空停时间对钝化膜耐蚀性能的影响

在其它条件相同的情况下，改变钝化时在空气中暴露的时间来测试钝化膜的耐蚀性，通过测试发现：在钝化后不在空气中停顿，直接测洗，其耐蚀性能最好。空停时间越长，钝化液中杂质对钝化膜的腐蚀程度越大，使钝化膜耐蚀性能降低。

5、活化时间对钝化膜耐蚀性能的影响

在其它条件相同的情况下，改变钝化时活化时间来测试钝化膜的耐蚀性。实验表明：活化时间在255左右时，耐蚀性能最好。活化时间太短，镀层不均匀，转化膜附着力降低，耐蚀性能差;活化时间过长，镀层易附着太多杂质，影响钝化效果。

6、干燥条件对钝化膜耐蚀性能的影响

在室温晾干的条件下钝化膜的耐蚀性最差，吹干条件下钝化膜的耐蚀性最好，烘干条件下钝化膜的耐蚀性比吹干的稍差。室温晾干时，钝化膜会与钝化液的残留液体继续反应，使得膜层不均匀、完整，耐蚀性能差;烘干时，温度高，(实验时干燥箱温度为60℃，时间 10min)钝化膜溶解快，使膜层耐蚀性能下降;热风吹干，可以使膜层残余液体迅速干燥，膜层均匀、附着力好，耐蚀性能好。

（三）在硅酸盐无铬钝化技术中关键性条件

综合以上因素可以得知：在硅酸盐无铬钝化技术中影响耐蚀性的关键性因素可以确定为： Na2SiO3·9H2O：18g/L；H2O2：10ml/L；NaF：2.69g/L；HNO3：14ml/L；pH值：2一3；钝化温度：25℃；活化时间：255S；出光时间：55；干燥条件：热风吹干。

结论：硅酸盐钝化工艺是一种无铬、无害、钝化效果好、效率高、成本低、稳定易维护的硅酸盐钝化工艺。该工艺可明显提高镀锌层的耐腐蚀性能，有效解决碱性电镀锌经无铬钝化后外观易发黄和泛彩的现象，而且能够解决传统铬盐钝化工艺所造成的环境污染问题，应用前景较好。只有严格按照钝化技术中的关键性指标条件，才能使钝化膜结构均匀、完整、致密，其表面平整光滑，缺陷较少，无微裂纹，对基体的覆盖性好，能够起到很好的保护以及装饰的作用。

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