專利名稱：一種薄板表面鍍鉻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼板表面鍍鉻的處理方法，尤其涉及一種薄板表面鍍鉻的方法。
背景技術(shù)：
一百多年來，鍍錫鋼板一直是主要的罐頭容器材料和外殼等包裝材料，全世界目 前年產(chǎn)量大約2000萬噸，但由于錫資源有限，于是人們就開始試制薄板表面不鍍錫的“無 錫鋼板”，來代替鍍錫板。在研究其他表面處理薄板鋼板的開始時期，大多是“轉(zhuǎn)化涂層”即在水溶液中使鐵 表面產(chǎn)生化學(xué)轉(zhuǎn)化層，試制了浸漬鉻酸處理鋼板、電解磷酸鹽處理鋼板等、也曾試制過鍍鎳 鋼板、真空鍍鋁鋼板等，這些材料同電鍍錫板相比，耐蝕性不夠好，工藝處理時間比鍍錫時 間長得多，生產(chǎn)工藝設(shè)備復(fù)雜，不能符合大規(guī)模工業(yè)性生產(chǎn)和使用的要求。隨后，日本首先成功地獲得一種特殊的“無錫鋼板”——電鍍鉻酸處理鋼板，其特 點為其表面由極薄的金屬鉻層和水合氧化鉻層復(fù)合構(gòu)成，該技術(shù)立即受到廣泛的重視和采 用，美、英、西德、法國等很快相繼生產(chǎn)和使用。查閱公開發(fā)表的資料，帶鋼表面鍍鉻的工藝在國際上有兩種方法，即一步法和兩 步法。兩種方法的工藝和設(shè)備配置完全不同。一步法設(shè)備配置較為簡單，但無法準確控制金 屬鉻和氧化鉻的量金屬鉻太多(大于250mg)，產(chǎn)品的耐蝕性不一定提高，不僅增加成本， 而且過多的鍍層在加工變形時由于其脆性而容易產(chǎn)生微裂紋，反而有損于產(chǎn)品成型制罐后 的耐蝕性；氧化鉻太多，使產(chǎn)品的顏色發(fā)暗，影響外觀；氧化鉻太少，多孔粘結(jié)性差。根據(jù)資料介紹和生產(chǎn)使用經(jīng)驗表明，氧化鉻層對于產(chǎn)品的耐蝕性和其它能來說同 金屬鉻層同樣重要，金屬鉻層的孔隙可被非晶質(zhì)的水合氧化鉻層封閉，從而提高耐蝕性，此 復(fù)合層又共同提供了優(yōu)良的涂料附著性和涂后的耐蝕性。所以，在生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的是 準確控制各工藝參數(shù)，以保持復(fù)合層的合適組成，此表層的組成為 冷軋薄板廠電鍍鉻機組鍍鉻板機組是引進日本新日鐵工藝技術(shù)，在帶鋼前處理的 基礎(chǔ)上，采用CrC^+NH/鍍液，通過兩步法獲得性能優(yōu)良的鍍鉻板，即首先在1個預(yù)浸槽4電 鍍槽和2個回收槽內(nèi)對鍍液濃度、溫度、電流密度等參數(shù)進行設(shè)定和控制獲得金屬鉻層，然 后通過第二步，在1個預(yù)浸槽和1個氧化鉻槽(氧化鉻槽在兩步法中是用來電鍍氧化鉻，在 一步法中是調(diào)整鍍鉻板表面色澤)內(nèi)再次對鍍液濃度、溫度、電流密度等參數(shù)進行設(shè)定和 控制獲得氧化鉻層。兩步法雖然可以較為準確控制金屬鉻和氧化鉻的量，不會因為過多的金屬鉻影響 鍍鉻板經(jīng)過加工變形后的耐腐蝕性，或是過多的氧化鉻使表面色澤發(fā)暗，影響外觀；但投 資、生產(chǎn)成本相對較高，環(huán)保排放壓力較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄板表面鍍鉻的方法，在兩步法設(shè)備配置基礎(chǔ)上，通過 工藝參數(shù)、流程優(yōu)化，同步生成金屬鉻和氧化鉻，最后通過水溶液調(diào)節(jié)氧化鉻總量，形成性 能色澤明亮的鍍鉻板。本發(fā)明的技術(shù)方案如下在現(xiàn)有設(shè)備配置的條件下，通過對前處理酸洗工藝以及 電鍍參數(shù)進行優(yōu)化，特別是堿洗、酸洗溶液濃度控制、電鍍段電流效率、電鍍濃度進行嚴格 控制，同時將電鍍回收槽鍍液放空，置換脫鹽水，關(guān)閉電鍍氧化鉻槽體整流器，僅僅依靠4 只電鍍槽生成金屬鉻層和氧化鉻層，形成合格的電鍍鉻鋼板。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種薄板表面鍍鉻的方法，其包含以下步驟1)堿洗包括a)堿液浸洗、b)電解清洗、c)堿沖洗；2)酸洗包括a)電解酸洗、b)酸沖洗；3)電鍍包括a)鍍鉻、b)沖洗；4)涂油。優(yōu)選地，所述步驟l)a)中堿液為活性堿，濃度為30士5g/l，堿液溫度45士5°C。優(yōu)選地，所述步驟1) a)中堿液還添加電解清洗添加劑25 (低溫清洗劑)，添加的量 為每lm3堿液加3kg電解清洗添加劑。優(yōu)選地，所述步驟l)b)中電解清洗中，電解液為活性堿，濃度為30 士 5g/l，堿液溫 度45士5°C，電流密度設(shè)定標準=20士 10A/dm2，電極有效長度為1. 50 1. 70m、極板材質(zhì) =SS41、厚度15 18讓，極間距=上部40 士 3讓，下部40 士 3讓。優(yōu)選地，所述步驟1) c)中堿沖洗是濃度為60ppm的低氯離子水流量1251/min以上壓力2kg/cm2以上溫度40°C士5。堿沖洗的目的是防止堿液進入酸洗槽，與酸液混合而發(fā)生中和和污染。優(yōu)選地，所述步驟2)a)中電解酸洗液為硫酸，濃度25士3g/l，F(xiàn)e++離子濃度25g/ 1以下，硫酸溫度32士5°C，每個道次的電流值I = QVff/1, 200A其中，I :1個道次的相應(yīng)電流AQ:通電量 c/dm2V 機組速度 m/minW:帶鋼寬度mm電極板材質(zhì)鉛錫合金極間距=上部40讓士3讓；下部40讓士3讓。優(yōu)選地，所述步驟2)b)中酸沖洗是用氯離子60ppm以下的水沖洗流量2001/min以上循環(huán)泵流量lm7min壓力2kg/cm2以上溫度30°C士5。頁酸沖洗的目的是在酸洗后通過浸漬和噴淋去除帶鋼表面的酸洗殘余物。一定量的 硫酸根離子混入到鍍液中是可以接受的，但是過量的混入會產(chǎn)生不好的影響。優(yōu)選地，所述步驟3)鍍鉻采用依次排列的1個預(yù)鍍槽，4個電鍍槽，2個回收槽，1 個預(yù)浸槽，1個電鍍槽和3個清洗槽。電鍍機組采用特制的鍍鉻極板，其有效長度為500mm，電解液屬強酸型六價鉻溶 液，六價鉻在水溶液中主要以重鉻酸根和鉻酸根兩種形式存在。在電解液(Cr03)濃度 為150g/L，高電流密度的條件下，在帶鋼通過極板有效面積區(qū)域發(fā)生Cr042_+8H++6e- = Cr+4H20反應(yīng)，使金屬鉻層沉積在鋼帶上；而在電鍍槽內(nèi)未被極板有效面積覆蓋的區(qū)域發(fā) 生Cr20廣+14H+ ^ 2Cr3++7H20反應(yīng)，使氧化鉻層沉積在鋼帶上，從而達到一步法鍍鉻的 效果。一步法是在同一個槽體內(nèi)發(fā)生兩個不同的化學(xué)反應(yīng)。其中，鍍液中陰極過程生成的 三價鉻雖不直接參與電極反應(yīng)，但它們的存在和含量對鍍鉻層質(zhì)量至關(guān)重要。三價鉻是水 合氧化鉻的重要組分，若含量低，膠體膜(氧化鉻膜)難形成或者薄而多孔，硫酸易將其溶 解；三價鉻濃度高的話，膠體膜厚而致密，硫酸難以溶解，鉻層只能在原晶粒上長大，導(dǎo)致結(jié) 晶粗糙，鍍層暗而無光澤，所以鍍鉻中一定要嚴格控制硫酸根離子和三價鉻離子的濃度。另 外鍍液的溫度也及其重要，溫度過高會導(dǎo)致氧化鉻層厚度難以控制，溫度過低會導(dǎo)致金屬 鉻電鍍效率下降。具體條件為(1)預(yù)浸槽和電鍍槽溶液濃度Cr03 150 士 5g/l ；NH4F 3.5±0.2g/lCr3+ 彡 5g/lFe3+ 彡 5g/lCF ( 30ppmH2S04 彡 0. 09g/l(2)溫度37 39 °C(3) 1#回收槽脫鹽水(Cr03微量)溫度40 50°C
(4) 2#回收槽脫鹽水(Cr03微量)溫度40 50 V(5)調(diào)整槽(帶稀溶液的槽子，調(diào)整氧化鉻的最終含量)溶液條件Cr03 75 士 3g/lNH4F 1.5 士 0.2g/lH2S04 彡 0. 08g/l(6)電鍍電流條件電鍍電壓30V電流密度 100 120A/dm2電流效率20%電鍍電流
G ■ V ■ W1 =- X 9.65X10-2
60 ■ c ■ n G (mg/m2) =〔 C (g/F) /96500 (C)〕XI (A) /ff (mm) X 60/V (mpm) X n X 1061(A) = G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X n X 96500 (C) X 1(T6= G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X n X 9. 65 X 1(T2其中I:總電流AG:理論鍍鉻量mg/m2V:工藝段速度m/minW 板寬 mmC:鉻電化學(xué)當(dāng)量=52.01/6 g/Fn 陰極電流效率假設(shè)鍍鉻量為70mg/m2，板寬800mm，n 0. 2，工藝段速度 400mpm，則電鍍總電流為 電流密度電流密度范圍100 120A/dm2X104其中Dk表示電流密度；L表示極板長度；W表示帶鋼寬度 優(yōu)選地，所述步驟3) a)中陽極板采用邊部遮擋結(jié)構(gòu)，有效面積為500mmX 1200mm。優(yōu)選地，所述步驟4)靜電涂油機通過旋轉(zhuǎn)式霧化器將油霧化，霧化器與高壓供電 連接在一起，使霧化的油粒子帶上電荷。在旋轉(zhuǎn)式霧化器的作用下，油微粒形成一個均勻的 分散煙霧，由于同性電荷排斥和異性電荷吸引的原理，煙霧中帶電粒子和接地帶鋼之間的 形成靜電引力，霧化油被吸附到移動的帶鋼上。霧化油的均勻性保證了在整個帶鋼寬度上 的均勻沉積。涂油量可以根據(jù)用戶需要進行設(shè)定，設(shè)定范圍為1. 25 12. 5mg/m2。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效 果1)本發(fā)明通過工藝流程和工藝參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)一步生產(chǎn)帶鋼表面鍍金屬鉻和氧化 鉻最佳組合的電鍍鉻鋼板，使鍍鉻后的鋼板具有鍍著量小、生產(chǎn)成本低、涂料附著性好、耐溫性及耐硫耐堿性好的特點；
2)本發(fā)明充分利用氟化氨添加劑的優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)一步法工藝的弱點，可以獲得鍍層明亮1均勻的鍍鉻板，進一步提高鍍鉻板表面質(zhì)量；
3)本發(fā)明通過降低酸洗濃度1關(guān)閉鍍氧化鉻單元1用清水替代回收槽循環(huán)鍍液等工藝流程及參數(shù)調(diào)整，可以節(jié)省能耗，降低環(huán)保排放壓力，降低生產(chǎn)和維護成本。


以下結(jié)合附圖和具體實施例來對本發(fā)明作進一步說明。
圖l為使用本發(fā)明的薄板表面鍍鉻的方法形成的電鍍鉻鋼板斷面 圖2為現(xiàn)有堿洗工藝設(shè)備配置 圖3為現(xiàn)有酸洗工藝設(shè)備配置 圖4為現(xiàn)有電鍍工藝設(shè)備配置 圖5為陽極板布置 圖6為陽極板結(jié)構(gòu) 圖7為不同添加劑的鍍鉻板粘結(jié)性對比 圖8為不同添加劑的鍍鉻板表面外觀對比圖。
圖中預(yù)浸槽l1電解槽21洗刷槽31沖洗槽41電解酸洗槽51沖洗槽61預(yù)浸槽71電鍍槽81回收槽91調(diào)整槽lo1沖洗槽111陽極131帶鋼141陽極遮擋板151有效面161導(dǎo)電排(銅制)181油膜191氧化鉻層201金屬鉻層2l1鋼板2具體實施方式
本發(fā)明的實施例的具體步驟以及工藝參數(shù)如下
一1堿洗
如圖2所示，該設(shè)備使帶鋼經(jīng)過溶液去處粘附在帶鋼表面的油和污物，它包括一個預(yù)浸槽l，浸洗帶鋼進行初步脫脂；2個電解槽2，通過安裝在電解液中帶鋼兩面的電極作用進行脫脂；1個刷洗槽3進行物理脫脂；2個沖洗槽4，通過高溫水噴淋去除帶鋼表面的堿液。
l1堿浸洗
堿濃度活性堿35g／l
溶液溫度45℃
添加劑電解清洗添加劑25(低溫清洗劑)；
21電解清洗
液體活性堿
溫度45℃
濃度35g／L
電源8．OKA，30V，2套
電極1200ram寬，1650ram長，16mm厚，數(shù)量8塊
電解電流密度設(shè)定標準20A／dm’
31刷洗0114]液體活性堿
0115]溫度45°C
0116]濃度35g/L
0117]4、沖洗
0118]液體脫鹽水
0119]溫度45°C
0120]濃度微量
0121]流量1301/'min以上
0122]二、酸洗段
0123]如圖3所示，為了去除帶鋼表面的氧化物，帶鋼將進入流酸溶液中，同時由裝在溶 夜槽中帶鋼兩邊的電極進行電解酸洗。它由兩個電解酸洗槽5、兩個沖洗槽6組成。沖洗槽
中噴淋出高溫水沖洗掉硫酸根離子。
0124]1、電解酸洗
0125]濃度25g/l
0126]溶液硫酸
0127]Fe3+離子濃度25g/l以下
0128]溫度32°C
0129]陽極1200醒寬，1650匪長，30匪厚，數(shù)量8塊
0130]基體材質(zhì)，Pb_Sn+SS400
0131]2、酸洗沖洗
0132]液體脫鹽水
0133]溫度32°C
0134]濃度微量
0135]、流量2301/'min
0136]壓力2.8kg/cm2 溫度
0137]水質(zhì)氯離子(Cl_)30ppm
0138]三、電鍍0139]如圖4所示，由1個預(yù)浸槽7、4個電鍍槽8、2個回收槽9、2個調(diào)整槽10，3個沖洗 槽11組成。通過在不溶性陽極，帶鋼作陰極的電鍍液中建立電解電流，在帶鋼表面電鍍鉻。
0140]1、電鍍鉻溶液條件0141]預(yù)浸4曹和電鍍槽溶液濃度0142]Cr03150g/l ；0143]nh4f3. 5g/l0144]Cr3+3g/l0145]Fe3+2g/l0146]cr15ppm0147]h2so40.08g/l0148]溫度:39°C0149]1#回收槽脫鹽水，溫度45°C
2#回收槽脫鹽水，溫度45 °C調(diào)整槽槽溶液條件Cr03 77g/lNH4F 1. 5g/lH2S04 0 . 06g/l2、電鍍電壓30V電流密度 100A/dm2電流效率 20%陽極13的布置和結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示，陽極板上設(shè)有陽極遮擋板15，有效面16 露出，帶鋼14從兩個陽極13中間穿過。四、涂油涂油量設(shè)定4mg/m2。使用本發(fā)明的薄板表面鍍鉻的方法形成的電鍍鉻鋼板斷面圖如圖1所示在鋼板 22上依次鍍有金屬鉻層21、氧化鉻層20，表層為油膜19。以下表為采用本發(fā)明的方法進行實踐取得成功的實施例，產(chǎn)品規(guī)格如實施例1、2、 3、4
10
〔0165:1 如圖7所示，本發(fā)明的鍍鉻板與現(xiàn)有技術(shù)的A、B公司的鍍鉻板在粘結(jié)性上有很大 的提高，涂料附著性好。如圖8所示，鍍層的明亮度也有顯著改善，提高了鍍鉻板的表面質(zhì) 量。而且，按照本發(fā)明方法對薄板表面進行鍍鉻，可以準確控制金屬鉻和氧化鉻的量，實現(xiàn) 一步生產(chǎn)金屬鉻和氧化鉻最佳組合的電鍍鋼板。同時，它還可以節(jié)省能耗，降低環(huán)保排放壓 力，降低生產(chǎn)和維護成本，可廣泛用于蓋子、飲料食品罐、雜罐、美術(shù)罐、電飯煲、熱水瓶、家用洗塵器的外殼等包裝材料，因而具備良好的推廣及應(yīng)用前景。 要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，顯然本發(fā)明不限于以上 實施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出 或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于包含以下步驟1)堿洗包括a)堿液浸洗、b)電解清洗、c)堿沖洗；2)酸洗包括a)電解酸洗、b)酸沖洗；3)電鍍包括a)鍍鉻、b)沖洗；4)涂油。
2.如權(quán)利要求1所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟l)a)中堿液為活性 堿，濃度為30士5g/l，堿液溫度45士5°C。
3.如權(quán)利要求2所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟1)a)中堿液還添加電 解清洗添加劑，添加的量為每Im3堿液加3kg電解清洗添加劑。
4.如權(quán)利要求3所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟l)b)中電解清洗中， 電解液為活性堿，濃度為30士5g/l，堿液溫度45士5°C，電流密度設(shè)定標準=20士 10A/dm2， 電極有效長度為1.50 1.70m，厚度15 18mm，極間距=上部40 士 3mm，下部40 士 3mm。
5.如權(quán)利要求3所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟1)c)中堿沖洗是用濃 度為60ppm的低氯離子水流量1251/min以上 壓力2kg/cm2以上 溫度40°C 士5。
6.如權(quán)利要求4或5所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟2)a)中電解酸洗 液為硫酸，濃度25士3g/l，F(xiàn)e++離子濃度25g/l以下，硫酸溫度32士5°C，每個道次的電流 值I = QVff/1, 200A其中，1:1個道次的相應(yīng)電流A Q 通電量c/dm2 V 機組速度m/min W:帶鋼寬度mm 電極板材質(zhì)鉛錫合金極間距=上部40讓士3讓；下部40讓士3讓。
7.如權(quán)利要求6所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟2)b)中酸沖洗是用氯 離子60ppm以下的水沖洗流量2001/min以上 循環(huán)泵流量Im3Aiin 壓力2kg/cm2以上 溫度30°C 士5。
8.如權(quán)利要求7所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟3)鍍鉻采用依次排列 的1個預(yù)鍍槽，4個電鍍槽，2個回收槽，1個預(yù)浸槽，1個電鍍槽和3個清洗槽，具體條件為(1)預(yù)浸槽和電鍍槽溶液濃度CrO3 150士5g/l ；NH4F 3. 5 士0. 2g/lCr3+ ^ 5g/lFe3+ ^ 5g/lCF ≤ 30ppm H2SO4≤ 0. 09g/l(2)溫度37 390C(3)1#回收槽脫鹽水(CrO3微量)溫度40 50°C(4)2#回收槽脫鹽水(CrO3微量)溫度40 50°C(5)調(diào)整槽溶液條件 CrO3 75 士 3g/l NH4F 1.5 士 0.2g/l H2SO4 彡 0. 08g/l(6)電鍍電流條件 電鍍電壓30V電流密度100 120A/dm2電流效率20%電鍍電流 G (mg/m2) = (C(g/F) /96500(C) ) X I (A) /W (mm) X 60/V (mpm) X η XlO6I(A) =G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X η X 96500 (C) X 1(Γ6=G (mg/m2) X W (mm) X V (mpm) /C (g/F) X 60 X η X 9. 65 X 10_2其中I 總電流AG 理論鍍鉻量mg/m2V 工藝段速度m/minW 板寬mmC:鉻電化學(xué)當(dāng)量=52.01/6 g/F n 陰極電流效率 Dk 電流密度A/dm2。
9.如權(quán)利要求8所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟3)a)中陽極板采用邊 部遮擋結(jié)構(gòu)，有效面積為500mmX 1200mm。
10.如權(quán)利要求9所述的薄板表面鍍鉻的方法，其特征在于步驟4)中采用靜電涂油 機通過旋轉(zhuǎn)式霧化器將油霧化，霧化器與高壓供電連接在一起，使霧化的油粒子帶上電荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄板表面鍍鉻的方法，包含1)堿洗包括堿液浸洗、電解清洗、堿沖洗；2)酸洗包括電解酸洗、酸沖洗；3)電鍍包括鍍鉻、沖洗；4)涂油四個步驟，充分利用CrO3+NH4F鍍液的性能優(yōu)勢，通過對前處理酸洗工藝以及電鍍參數(shù)進行優(yōu)化，特別是堿洗、酸洗溶液濃度控制、電鍍段電流效率、電鍍濃度進行嚴格控制，克服了傳統(tǒng)工藝的弱點，在帶鋼表面生成致密的金屬鉻和氧化鉻層，實現(xiàn)一步生產(chǎn)帶鋼表面鍍金屬鉻和氧化鉻最佳組合的電鍍鉻鋼板，獲得鍍層明亮、均勻的優(yōu)良鍍鉻板。同時，本方法節(jié)省能耗，降低環(huán)保排放壓力，降低生產(chǎn)和維護成本，為提升鍍鉻板競爭力創(chuàng)造了條件，故推廣及應(yīng)用前景良好。
文檔編號C23G1/14GK101928966SQ20091005384
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者朱國和, 王文, 矯大鵬 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司