[发明专利]硅酸盐钝化液及钝化镀锌钢丝表面镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面防腐工艺，特别是涉及一种钝化液和一种材料表面钝化方法，应用于材料表面防腐处理技术领域。

背景技术

钢丝表面镀锌技术是将优质碳素结构钢拉拔，然后再经电镀锌或热镀锌形成锌层钢丝的技术。锌在干燥的空气当中几乎不发生变化，在含氧和二氧化碳的环境中会生成一层薄膜，使其具有良好的防腐蚀性能。基于此性能，锌镀层被广泛应用于钢铁制品表面的镀覆。目前国内多采用电镀锌的方法来获得锌镀层，并逐渐应用于建设桥梁所使用的超高强度钢丝表面。由于锌镀层比较活泼，需要在表面进行钝化处理，最常用的钝化处理是用重铬酸盐进行钝化，但因为环境的要求，近年来逐渐被取代，其中相对钝化质量较好的是硅酸盐钝化。

硅酸盐钝化最大的特点就是无毒无污染、成本低、且钝化膜具有稳定性好、使用方便等优点，但硅酸盐钝化膜的耐蚀性不够好，尚未见在工业中成功应用的报道，其实，在硅酸盐钝化体系中加入一些添加剂可以提高其钝化效果。随着科技进步和人类环保观念的增强，对于含铬废料的后期处理将会严格对待，认真处理，开发低毒、环保的无铬钝化工艺，以期代替传统的铬酸盐钝化，成为亟待解决的技术难题。

屠振密等人采用的硅酸盐钝化液成分中含有H₂SO₄和H₂O₂，为进一步保证成膜质量及提高其耐蚀性和涂装性，可以在钝化液中再加入有机膦化物、有机氮化物、抗坏血酸等有机辅助添加剂。韩克平等人用含有硅酸钠、氨基三甲叉膦酸ATMP和硫脉的溶液作为钝化剂，pH值控制在2.0~3.5范围内，在20~40℃下处理镀锌层0.5~2min，钝化结束后在90~100℃热水中封闭3min得到了硅酸盐化学转化膜。他们认为可能是SiO₂或带负电荷的SiO₃^2-胶团与Zn²⁺发生配位作用而形成保护膜。对这层钝化膜进行电子能谱分析后发现，膜层表面的Zn以ZnS的形式存在,而膜内的Zn则以ZnO形式存在。电化学实验结果表明，这种吸附膜的耐蚀性已经比较接近铬酸盐钝化膜，但还不能完全适合高强度材料在使用环境中的耐腐蚀需求。

为了增强膜层的耐蚀性，硅酸盐钝化液中常加入一些有机促进剂，如水溶性阴离子型丙烯酸胺、硫脉等化合物。最后，这种硅酸盐转化膜还可以进行染色处理。在钝化液中加入某些天然纤维染剂，如阳离子型的三芳基烷染液或混合染料，可以染成各种颜色。硅酸盐钝化处理工艺具有其他无铬钝化工艺无可比拟的成本和环境优势，其推广使用将给企业带来巨大的经济效益。目前，在高强度材料的防腐镀层的强化技术领域，如何通过选择添加剂来提高耐蚀性和简化后处理工艺成为亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种硅酸盐钝化液及钝化镀锌钢丝表面镀层的方法，处理工艺简单，本发明将纳米Al₂O₃放入硅酸盐钝化液中，从而达到通过简单的工艺提高镀锌钢丝表面硬度和耐腐蚀性能的目的，采用无毒环保型钝化剂来提高超高强度镀锌钢丝的耐蚀性，在镀锌钢丝表面得到完整的钝化膜，在镀锌钢丝上进行无铬钝化不仅可以保证钢丝外观色泽要求，有效改善镀锌层的耐蚀性能，提高镀锌层的使用寿命，而且对于改善污染环境及危害人体健康的现状具有重要的意义，符合清洁生产发展方向。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种硅酸盐钝化液，其配方如下：

40%硅酸钠的浓度为30~50g/L，98%硫酸的浓度为2~3 ml/L，35%双氧水的浓度为10~40 ml/L，氨基三甲叉膦酸的浓度为5~80 ml/L，硝酸的浓度为1~5 ml/L，磷酸的浓度为1~5 ml/L，TMTUP的浓度为1~5 ml/L，硫脲的浓度为1~5 g/L，羟乙基吲哚与磷酸的缩合物的浓度为1~10 g/L，纳米Al₂O₃的浓度为1~30 g/L，pH值为2~3。