[发明专利]一种适用于钢材热浸镀锌铝合金镀层的电解助镀剂及其工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于钢材热浸镀锌铝合金镀层的电解助镀剂及其工艺方法，属于钢铁材料防腐蚀技术领域。

背景技术

热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，随着科学技术和现代工业的发展，对热浸镀锌产品提出了更高的要求。为了提高钢铁热浸镀锌件镀层的耐腐蚀性能，人们通常会在锌浴中加入一种或多种合金元素。热浸镀锌时，在锌浴中加入少量铝可减少锌液表面锌的氧化，获得表面平整、光亮的镀层。锌铝合金凝固时在382℃发生共晶反应，即该合金熔点较低，热浸镀时能耗较小，镀层中的共晶组织耐腐蚀性较好，适合于热浸镀锌生产，因此在锌浴中添加铝元素的技术得到了广泛应用。然而在热浸镀锌中铝元素的添加量大于0.06％时，会使常规氯化锌铵助镀剂失效从而导致镀件出现漏镀等问题，使热浸镀锌铝合金镀层在生产应用中受到很大限制。因此，研究开发适合于热浸镀锌铝合金、助镀效果稳定、耐腐蚀性能优异的助镀剂及其助镀工艺具有重要理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于解决合金镀层表面出现的漏镀及表面不均匀等问题，通过正交试验优选出适用于热浸镀锌铝合金的助镀剂，采用电解活化助镀在试样表面电流沉积一层均匀、厚度适中的复合盐膜，以便克服传统溶剂助镀过程中依靠助镀剂盐溶液自然沉降过程而产生的盐膜不足的缺点，所得镀层表面平整、光亮，耐腐蚀性能好。

为了实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种适用于钢材热浸镀锌铝合金镀层的电解助镀剂及其工艺方法，其中，电解助镀剂组成成分为：氯化锌150～650g/L，氯化铵20～160g/L，氯化亚锡5～50g/L，氟铝酸钠0～30g/L，氟化钠0～30g/L，氯化铈0～20g，其余为水。

优选地，电解助镀剂组成成分为：氯化锌550g/L，氯化铵100g/L，氯化亚锡20g/L，氟铝酸钠15g/L，氟化钠15g/L，氯化铈10g/L，其余为水。

采用上述电解助镀剂进行钢材热浸镀锌铝合金镀层的具体工艺流程过程为：

先用铁丝在磨制好的试样侧面钻孔处固定，以便在后续电解槽中吊挂；然后将试样放入质量分数为15％的热氢氧化钠溶液中进行脱脂处理，其中氢氧化钠溶液的温度为70～80℃，五分钟后取出放入纯水中清洗；再将清洗后的试样放入质量分数为5％的盐酸中进行去锈处理，该盐酸的温度为室温，两分钟后取出放入纯水中清洗；然后将清洗后的试样放入电解助镀剂中，电解活化助镀电流大小为0.2～0.8A，时间为40s～3min；助镀剂温度为60～80℃；电解助镀后取出放入干燥箱进行烘干处理，干燥箱温度为120℃，干燥时间为8～10分钟；试样烘干后将试样取出进行热浸镀锌，浸镀温度为445℃～455℃，浸镀时间为1min，试样浸镀后放入纯水中冷却。

电解助镀剂中主要成分的作用原理如下：

(1)氯化锌的作用：在高温热浸镀锌液状态下，氯化锌比氯化铵稳定，它自身对钢铁基体表面氧化物的溶解能力远小于氯化铵，但是助镀剂中的氯化锌，会在助镀后的工件表面形成结晶盐膜，这层盐膜在空气中具有良好的隔离作用，能够使工件表面在浸入锌液前较少发生氧化。同时氯化锌对锌液亦有净化作用，原因是氯化锌以液态的形式瞬间存在于锌液之中或锌液的表面，可与锌液中的浮渣FeZn₁₃在较高温度下发生如下反应：FeZn₁₃+ZnCl₂=FeCl₂+14Zn。

(2)氯化铵的作用：在200℃以上时，钢铁制品表面助镀液盐膜中的氯化铵在较高温度下分解成NH₃和HCl，此时HCl与基体表面的氧化亚铁及锌液表面的氧化锌发生反应，使得铁与锌液相接触的界面得到充分的净化。反应方程式如下：FeO+2HCl+NH₃=FeCl2(NH₁)+H₂O；ZnO+2HCl+NH₃=ZnCl2(NH₃)+H₂O。可以看出，氯化铵的助镀作用是通过其分解产物净化和活化钢基体表面来实现的。在钢基工件浸镀锌液后，工件温度迅速升高，助镀剂在接触锌液后的反应式为：Zn+2NH₄Cl=Zn(NH₃)₂Cl₂+H₂↑，即浸镀过程中反应生成的气体产生巨大的冲击力机械爆破去除基体表面的氧化膜、净化基体表面。