[发明专利]一种批量热镀Galfan的助镀剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的技术领域是在结构件酸洗后为保持钢表面的洁净和活性而使用的化学物质及其溶液，具体涉及一种批量热镀Galfan的助镀剂及其制备方法。

背景技术

热浸镀锌及其合金化是一种普遍用作大气环境下钢铁制品防护的表面处理方法。随着能源的日趋枯竭和人们环境意识的增强，对于该防护涂层的制备工艺及性能提出了更高的要求。研究表明合金化是提高镀层耐腐蚀性能的有效方法之一。Galfan是新一代热镀合金，也就是锌-5％铝-稀土合金镀层。

目前，批量热镀锌工艺是经过除油除锈的钢件，待其表面未氧化就要立即涂覆助镀剂，涂覆助镀剂是该工艺中关键的一个环节，决定了钢件表面是否镀上锌，也决定了钢件表面镀层的质量优劣。目前，批量热镀锌使用的助镀剂是锌铵助镀剂，该助镀剂配方简单，是氯化锌和氯化铵两种试剂按一定比例混合后的水溶液，锌铵助镀剂主要针对钢材镀锌，实践证明使用锌铵助镀剂镀锌后，锌层表面平整光洁无漏镀。热镀Galfan的工艺与热镀锌工艺类似，但是，锌铵助镀剂对于热镀Galfan会产生大面积漏镀且镀层结合不牢固、镀层灰暗等问题，所以，传统的锌铵助镀剂已经不能继续沿用。

迄今为止，结构件批量热镀Galfan还未有大范围的应用生产，原因主要有两个：

首先，工程机械结构件中通常含0.15～0.80％的硅元素，含有硅的钢件在加热退火时，因硅原子体积小，而且硅与铁相比对氧有更大的亲和力，因而硅会将钢带表面的氧化铁还原，生成硅的氧化物并在钢带表面富集，反应式如下：

Si+O₂＝SiO₂，Si+2FeO＝SO₂+2Fe，

氧化物的最外层是SiOx薄层，这层氧化硅层有两大不利作用：一是会使Galfan液在基板表面的浸润性严重恶化，导致Galfan液很难镀到钢带表面，镀后的镀层也很不均匀，造成严重的镀层不良，特别严重时镀层用手也能剥下来，二是在镀Galfan时降低了钢基的活性，对铁的溶出有抑制作用，特别是抑制铁与铝形成铁铝化合物，这就会使铝失去了阻碍铁锌化合物形成的作用，导致铁锌化合物层变厚，形成灰色无光泽的镀层，而且镀层的黏结性很差。从助镀剂的角度出发解决这个硅元素的影响作用是很好的选择，传统助镀剂无法解决硅元素会抑制铁与铝形成铁铝化合物的技术问题。

其次，是Galfan浴中铝元素的活性问题。众所周知，Galfan是Zn-5％Al-Re(稀土)合金，林凯等人(林凯，张平则，黄俊，于进文.TC₄表面热浸镀55％Al-Zn合金工艺研究，热加工工艺，2011,40(8)：134-137)提出，常规助镀剂不适合Zn-Al合金的热浸镀，原因是，常规助镀剂含有主要成分是NH₄Cl和ZnCl₂，对于Zn-Al合金镀浴，热浸镀时助镀剂会优先与Al反应。

NH₄Cl＝NH₃↑+HCl↑(1)

2Al+6HCl＝2AlCl₃↑+3H₂↑(2)

3ZnCl₂+2Al＝2AlCl₃↑+3Zn(3)

钢材浸镀Galfan的生产过程中，使用传统的氯化锌铵溶液做助镀剂，钢材与镀液接触的一瞬间，氯化铵和氯化锌与铝反应生成的青色的氯化铝烟雾(AlCl₃的沸点是182℃，升华温度是179℃，参见化学反应式1-3)，不仅镀液对钢材的浸润性变差，镀层表面产生大量的漏镀和针孔、气泡，无法获得良好镀层，同时大量的烟雾也会造成对环境的污染和对生产设备的腐蚀。所以使用传统的锌铵助镀剂进行热浸镀生产是不现实的。另外，骆更，新等(骆更新.Galfan镀层及其溶剂法热镀工艺，腐蚀与防护，2006,17(1)：27-29)认为Zn-5％Al-Re(稀土)合金镀液会产生Al的选择性氧化，镀液内部的Al₂O₃颗粒和表面的Al₂O₃膜会粘附在钢件表面，阻碍镀液与钢件表面的接触，是局部出现漏镀和粘渣等缺陷的原因。助镀溶剂应具有溶解Al₂O₃的作用，通常选择碱金属或碱土金属的氟化物，同时提出NaCl可以防止漏镀，NaF/KF使镀层平滑，但是氟化物的应用会产生毒害成分。目前，针对批量热镀Galfan的助镀剂还处在探索研究阶段，大多数研究是在原来锌铵助镀剂基础上的，镀出来的产品效果不尽人意，以至于该技术受到抑制，难以推广发展。