專利名稱：無氰沉鋅溶液及使用該溶液的鋁輪轂無氰電鍍方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁輪轂的電鍍，具體涉及一種無氰沉鋅溶液及使用該溶液的鋁輪轂無氰電鍍方法。

背景技術：
在鋁輪轂電鍍中，由于鋁輪轂基體表面自然氧化膜的存在，使得基體與其表面覆蓋層的結合強度很差。為解決這一問題，通常采用沉鋅處理，沉鋅是鋁件各種電鍍前處理方法中最為簡便、經(jīng)濟，也是工業(yè)上使用最多的工藝。鋅層是電鍍、化學鍍的良好過鍍層。邦得爾法使沉鋅溶液多元合金化，改變了鍍層的結合力，同時含氰沉鋅溶液一直主導市場，因為氰化物的存在能得到比單獨使用鋅酸鹽更加光滑、致密、均勻且顆粒細小的沉鋅層，但氰化物遇酸生產(chǎn)氫氰酸，給環(huán)境和操作人員健康帶來極大危害。
傳統(tǒng)的鋁輪轂電鍍工藝包括鍍前處理、兩次沉鋅、預鍍鎳/預鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟。中國專利申請CN101063217A公開了一種無氰高密度銅鍍液，并用預鍍無氰高密度銅代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝的預鍍鎳步驟，不僅降低了成本，也提高了鍍層的質量。但是，上述鋁輪轂電鍍工藝中仍使用有氰沉鋅工藝。


發(fā)明內容
針對現(xiàn)有鋁輪轂電鍍工藝的缺陷，本發(fā)明的首要目的是提供一種在效果上可媲美現(xiàn)有有氰沉鋅溶液的四元合金無氰沉鋅溶液。
本發(fā)明的另一目的就是提供使用上述無氰沉鋅溶液的安全、清潔并且鍍層質量突出的鋁輪轂無氰電鍍方法。
本發(fā)明的目的通過以下的技術方案來實現(xiàn)一種無氰沉鋅溶液，主要由以下組份配制得到 350-450mL/L開缸劑、8-12mL/L調整劑及120-130mL/L補充劑，其余為水。
所述開缸劑包括0.5-2.0g/L銅離子、0.1-0.8g/L鐵離子、0.8-3.0g/L鎳離子、8-16g/L鋅離子和40-150g/L以氫氧化鈉計的氫氧根離子； 所述的開缸劑中氫氧根離子是由氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或它們的混合物提供的；銅離子是由硫酸銅、氯化銅、硝酸銅和堿式碳酸銅中至少一種提供的；鐵離子是由三氯化鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的至少一種提供的；鎳離子是由氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和硫酸鎳銨中的至少一種提供的；鋅離子是由氧化鋅、氯化鋅和硫酸鋅中的至少一種提供的。開缸劑為濃縮液體，用于配缸及金屬離子和堿濃度的補充 所述調整劑是含有硝酸鈉、亞硝酸鈉、2-巰基苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巰基苯并噻唑、聚乙二醇、乙基己基硫酸鈉、硫脲、1，3-二乙基硫脲、羥甲基纖維素鈉、L-甲硫氨基酸、聯(lián)吡啶和磺基水揚酸中的至少一種組分的水溶液，調整劑的濃度為150-250g/L。調整劑含有輔助劑，可以細化結晶、使沉鋅層致密的作用，用于配缸及補充。
所述補充劑是含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、葡萄糖酸鈉、酒石酸鉀鈉中的至少一種組分的水溶液，補充劑的濃度為400-550g/L。補充劑用于補充消耗的堿，是由氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或兩種混合及部分輔助劑組成。
本發(fā)明提供一種鋁輪轂無氰電鍍方法，是在鋁輪轂現(xiàn)有電鍍方法中的沉鋅步驟中使用本發(fā)明的無氰沉鋅溶液。具體包括鍍前處理、兩次沉鋅、預鍍鎳/預鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟，特征是所述的兩次沉鋅步驟中使用上述的無氰沉鋅液。
本發(fā)明優(yōu)選地沉鋅條件是一次沉鋅18-25℃，30-120秒；二次沉鋅18-28℃，20-60秒。
為更好地實現(xiàn)本發(fā)明的無氰沉鋅方法 所述預鍍鎳步驟采用的鎳鍍液配方及操作條件如下表所示

所述預鍍無氰高密度銅步驟采用的鍍液配方及操作條件如下表所示；
上表中所述的無氰高密度銅開缸劑、無氰高密度銅促進劑和無氰高密度銅pH值調整劑的配方參見中國專利申請CN101063217A。
相對現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下的有益效果 (1)本發(fā)明采用多元配合物添加劑代替氰化物的工藝，不含氰化物和強絡合劑，無毒無害，廢水處理簡單，是目前國家大力和強制推廣的清潔生產(chǎn)工藝。與傳統(tǒng)的氰化物沉鋅工藝相比，一個3000L的沉鋅槽，一年可以節(jié)省500Kg的氰化鈉，減少400m3含氰化物廢水的處理。
(2)本發(fā)明的無氰沉鋅工藝比現(xiàn)有市面上銷售的無氰沉鋅結晶更細致，結合力更佳，完全可以跟有氰沉鋅相媲美。
(3)本發(fā)明的無氰沉鋅工藝可以采用預鍍鎳和預鍍無氰高密度銅工藝進行鋁合金的后續(xù)電鍍生產(chǎn)，完全取代傳統(tǒng)的氰化物電鍍工藝，實現(xiàn)真正意義上的清潔生產(chǎn)。

具體實施例方式 下面結合具體實施例進一步說明下面結合實施例，對本發(fā)明做進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實現(xiàn)方式并不局限于此。
實施例1 1、無氰沉鋅溶液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鈉(氫氧根離子含量為140g/L)、硫酸銅(銅離子含量為2g/L)、氯化鎳(鎳離子含量為3g/L)、三氯化鐵(鐵離子含量為0.8g/L)和氧化鋅(鋅離子含量為16g/L)；補充劑的成分是氫氧化鈉和葡萄糖酸鈉，其濃度分別為500g/L和50g/L；調整劑的成分是硝酸鈉和苯并三氮唑，其濃度分別為200g/L和20g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅18℃，120秒；二次沉鋅18℃，60秒 3)預鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進行多層鍍鎳鉻處理。
實施例2 1、無氰沉鋅溶液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鈉(氫氧根離子含量為140g/L)、氯化銅(銅離子含量為1.8g/L)、硫酸鎳(鎳離子含量為3g/L)、硫酸鐵(鐵離子含量為0.7g/L)和氧化鋅(鋅離子含量為16g/L)；補充劑的成分是氫氧化鉀和酒石酸鉀鈉，其濃度分別為520g/L和30g/L；調整劑的成分是亞硝酸鈉和1，3-二乙基硫脲，濃度分別為180g/L和30g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅20℃，110秒；二次沉鋅20℃，40秒 3)預鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進行多層鍍鎳鉻處理。
實施例3 1、無氰沉鋅液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鉀(氫氧根離子含量為130g/L)、氯化銅和硝酸銅(銅離子含量為1.6g/L)、硫酸鎳和硫酸鎳銨(鎳離子含量為3g/L)、硫酸鐵和硝酸鐵(鐵離子含量為0.7g/L)和氧化鋅和氯化鋅(鋅離子含量為14g/L)；補充劑的成分是氫氧化鈉和酒石酸鉀鈉，其濃度分別為500g/L和40g/L；調整劑的成分是亞硝酸鈉和2-巰基苯并咪唑，濃度分別為180g/L和30g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅24℃，90秒；二次沉鋅25℃，50秒 3)預鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進行多層鍍鎳鉻處理。
實施例4 1、無氰沉鋅液，由以下成分組成，其余為水 其中，開缸劑的成分是氫氧化鈉(氫氧根離子含量為100g/L)、氯化銅(銅離子含量為1.2g/L)、硫酸鎳和硝酸鎳(鎳離子含量為2g/L)、硫酸鐵和氯化鐵(鐵離子含量為0.5g/L)和氧化鋅和氯化鋅(鋅離子含量為14g/L)；補充劑的成分是氫氧化鈉和葡萄糖酸鈉，其濃度分別為490g/L和50g/L；調整劑的成分是硝酸鈉和乙基己基硫酸鈉，濃度分別為200g/L和20g/L。
2、采用無氰高密度銅鍍液的鋁合金輪轂電鍍工藝，其包括如下步驟 1)鍍前處理； 2)兩次沉鋅一次沉鋅25℃，80秒；二次沉鋅28℃，30秒 3)預鍍無氰高密度銅，其電鍍操作的條件為 鍍液的pH為9.5； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為15min； 陰極電流密度0.8A/dm2； 陽極電流密度0.5A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
4)無氰高密度銅加厚鍍，其電鍍操作條件為 鍍液的pH為9.7； 鍍液溫度為55℃； 電鍍時間為20min； 陰極電流密度1.1A/dm2； 陽極電流密度0.6A/dm2； 攪拌采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
5)酸性光亮鍍銅； 6)對鋁合金輪轂進行拋光處理； 7)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理；)對拋光后的鋁合金輪轂進行前處理； 8)對前處理后的鋁合金輪轂進行多層鍍鎳鉻處理。
性能測試 1檢測方法 1.1沉鋅層孔隙率檢測 本方法采用浸泡法進行檢測，具體為在沉鋅溶液中沉鋅后用純水清洗干凈，用濾紙吸干水珠放入孔隙率測試液(組成為鋁試劑3.5g/L，氯化鈉150g/L，白明膠10g/L)靜止放置5分鐘后，拿起，用濾紙吸干水珠，計量試片上的紅色斑點數(shù)。
孔隙率＝n/S n-紅色斑點數(shù) S-試片的面積，單位為cm2 1.2熱震實驗 將試片電鍍后再將其放入220℃中烘烤60分鐘，然后取出投入冷水中，觀察是否有起泡、脫皮現(xiàn)象。
1.3鋸刀試驗 用3/8英寸寬、0.025英寸厚、每公分有4個鋸齒的鋸條，鋸齒朝下并由基體面向鍍層以約200尺/分鐘的鋸速切割，每一個樣品做4次測試，并且相互之間距離3-4毫米，觀察有無脫皮現(xiàn)象。
1.4銼刀實驗 在工件邊緣沿基體金屬到沉積層的方向，利用銼刀銼去沉積層，觀察覆蓋層與基體金屬是否分離。
1.5老化試驗 2實驗內容 2.1孔隙率檢測 2mm厚，3×5cm2的1100鋁片經(jīng)過前處理后用純水清洗干凈，用濾紙吸干水珠，放入孔隙率檢測液中靜止放置5min后，取出用濾紙吸干水珠，計算紅色斑點數(shù)，計算孔隙率。
2.2熱震實驗 目測無脫皮、起泡的工件放入220℃烘箱中烘烤60min后拿出來放入冷水中，然后觀察是否起泡。
2.3鋸刀和銼刀實驗 吹干水后分別進行鋸刀和銼刀實驗，觀察有無脫皮和銼口的覆蓋層是否與基體脫離。
2.4老化實驗 沉鋅→退鋅(濃HNO3)→沉鋅→退鋅(濃HNO3)→沉鋅...... 3實驗結果 3.1孔隙率 經(jīng)過對1100鋁片的孔隙率測定，檢測結果在0至0.13的范圍，本發(fā)明的的沉鋅溶液比市面上銷售的沉鋅溶液沉鋅層更加致密。
3.2目測 經(jīng)本發(fā)明的電鍍方法電鍍后鋁輪轂工件無脫皮、起泡現(xiàn)象。
3.3熱震實驗 經(jīng)本發(fā)明的電鍍方法電鍍后的鋁輪轂工件經(jīng)過220℃熱震后無脫皮、起泡現(xiàn)象。
3.4鋸刀和銼刀實驗 經(jīng)本發(fā)明的電鍍方法電鍍后的鋁輪轂工件經(jīng)過鋸刀實驗檢測無脫皮現(xiàn)象，銼刀實驗檢測覆蓋層與基體無脫皮現(xiàn)象。
3.5老化實驗 經(jīng)過不停的老化，補充劑添加到370mL/L，沉鋅面積達到400dm2/L后檢測各項性能指標，孔隙率為0至0.2，鋁輪轂工件220℃熱震后無脫皮、起泡現(xiàn)象，鋸刀實驗無脫皮現(xiàn)象，銼刀實驗檢測亦無脫皮現(xiàn)象。
本發(fā)明采用了無氰四元合金沉鋅工藝替代有氰沉鋅工藝，可應用于鋁輪轂電鍍、五金電鍍等行業(yè)，絡合劑可生物降解，無毒害。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種無氰沉鋅溶液，其特征在于主要由以下組份配制得到
350-450mL/L開缸劑、8-12mL/L調整劑及120-130mL/L補充劑，其余為水。
2、根據(jù)權利要求1所述的無氰沉鋅溶液，其特征在于所述開缸劑包括0.5-2.0g/L銅離子、0.1-0.8g/L鐵離子、0.8-3.0g/L鎳離子、8-16g/L鋅離子和40-150g/L以氫氧化鈉計的氫氧根離子；
所述調整劑是含有硝酸鈉、亞硝酸鈉、2-巰基苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巰基苯并噻唑、聚乙二醇、乙基己基硫酸鈉、硫脲、1，3-二乙基硫脲、羥甲基纖維素鈉、L-甲硫氨基酸、聯(lián)吡啶和磺基水揚酸中的至少一種組分的水溶液，調整劑的濃度為150-250g/L；
所述補充劑是含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、葡萄糖酸鈉和酒石酸鉀鈉中的至少一種組分的水溶液，補充劑的濃度為400-550g/L。
3、根據(jù)權利要求2所述的無氰沉鋅溶液，其特征在于
所述的開缸劑中氫氧根離子是由氫氧化鈉、氫氧化鉀的一種或它們的混合物提供的；銅離子是由硫酸銅、氯化銅、硝酸銅和堿式碳酸銅中至少一種提供的；鐵離子是由三氯化鐵、硫酸鐵和硝酸鐵中的至少一種提供的；鎳離子是由氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和硫酸鎳銨中的至少一種提供的；鋅離子是由氧化鋅、氯化鋅和硫酸鋅中的至少一種提供的。
4、一種鋁輪轂無氰電鍍方法，包括鍍前處理、兩次沉鋅、預鍍鎳/預鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟，其特征在于所述的兩次沉鋅步驟中使用權利要求1、2或3所述的無氰沉鋅溶液。
5、根據(jù)權利要求4所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述兩次沉鋅條件是一次沉鋅18-25℃，30-120秒；二次沉鋅18-28℃，20-60秒。
6、根據(jù)權利要求5所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預鍍鎳步驟采用的鎳鍍液配方及操作條件如下
硫酸鎳250-350g/L
氯化鎳40-60g/L
硼酸 45-55g/L
pH3.6-4.6
溫度50-60℃
陰極電流密度1.5-3A/dm2
陽極純鎳板
攪拌空氣或機械攪拌。
7、根據(jù)權利要求6所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預鍍鎳步驟采用的鎳鍍液配方及操作條件如下
硫酸鎳 300g/L
氯化鎳 50g/L
硼酸45g/L
pH 4.1
溫度55℃
陰極電流密度2.5A/dm2
陽極純鎳板
攪拌空氣或機械攪拌。
8、根據(jù)權利要求5所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預鍍無氰高密度銅步驟采用的鍍液配方及操作條件如下
無氰高密度銅開缸劑250-400mL/L
無氰高密度銅促進劑80-120mL/L
無氰高密度銅pH值調整劑40-80mL/L
金屬銅4.5-6.7
pH9.2-10
溫度 55-65℃
陰極電流密度 0.5-2.5A/dm2
電壓 1-6V
陽極電流密度 ＜1A/dm2
攪拌 須采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
9、根據(jù)權利要求8所述的鋁輪轂無氰電鍍方法，其特征在于所述預鍍無氰高密度銅步驟采用的鍍液配方及操作條件如下
無氰高密度銅開缸劑300mL/L
無氰高密度銅促進劑100mL/L
無氰高密度銅pH值調整劑 50mL/L
金屬銅 5.5
pH 9.6
溫度60℃
陰極電流密度1A/dm2
電壓1-6V
陽極電流密度＜1A/dm2
攪拌須采用低壓、大容量強有力的空氣攪拌系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁輪轂的電鍍，具體涉及一種無氰沉鋅溶液及使用該溶液的鋁輪轂無氰電鍍方法。該無氰沉鋅溶液，主要由以下組份配制得到350-450mL/L開缸劑、8-12mL/L調整劑及120-130mL/L補充劑，其余為水。其中開缸劑中含有銅、鐵、鎳、鋅四元金屬離子。該無氰電鍍方法，包括鍍前處理、兩次沉鋅、預鍍鎳/預鍍無氰高密度銅、酸性光亮鍍銅、拋光、前處理和鍍多層鎳鉻的步驟，并在兩次沉鋅步驟中使用上述無氰沉鋅溶液。本發(fā)明的電鍍工藝采用多元配合物添加劑代替氰化物的工藝，不含氰化物和強絡合劑，無毒無害，廢水處理簡單，屬于清潔生產(chǎn)工藝。
文檔編號C25D3/22GK101580952SQ20091004022
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權日2009年6月12日
發(fā)明者田志斌, 包志華, 趙會然 申請人:廣州市三孚化工有限公司, 廣州市三孚電鍍科技有限公司