[发明专利]一种用于镀锌材料的三价铬钝化剂及其制备方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种用于镀锌材料的三价铬钝化剂，三价铬钝化剂中三价铬盐的体积浓度为100‑300g/L、氧化剂的体积浓度为10‑100g/L、络合剂的体积浓度为10‑50g/L、成膜助剂的体积浓度为10‑50g/L、活化金属盐的体积浓度为50‑200g/L、pH值调整剂的体积浓度为25‑90g/L；三价铬钝化液的pH值为1.5‑2.2；成膜助剂为含有碳碳三键的烷氧基醚类。其通过添加具有特定化学结构的成膜助剂，使镀锌材料表面形成光亮均匀、致密耐蚀的彩色钝化膜，且长时间放置不会生成六价铬，而且此成膜助剂成本低廉，添加简单，基本不增加三价铬钝化剂的配置难度和原料成本。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种用于镀锌材料的三价铬钝化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

钢铁材料在航空、交通、电力、建筑、机械和军事等行业有着非常广泛的应用，但它在大气环境下容易被腐蚀。在钢铁表面镀锌，是提高其耐腐蚀性能，最经济有效的方法。锌作为钢铁的防护层，属于两性金属，虽然在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的环境里容易与空气中的CO₂和O₂发生反应，生成碱式碳酸锌的氧化产物，从而失去防护能力。因此，为进一步提高工件的耐腐蚀性能，表面处理行业还需对镀锌层进行钝化处理，使其表面形成彩虹色、蓝白色、黑色、金黄色、军绿色等多种类型的钝化膜，它们不仅能起到装饰效果，还能不同程度地提高镀锌层的耐蚀性，延长工件的使用寿命。

传统镀锌材料的钝化工艺采用的是六价铬钝化剂，主要通过六价铬离子与锌离子生成络合物均匀覆盖在锌层表面，达到隔绝氧气和水的作用，进而提高镀锌层的耐腐蚀性能。但六价铬离子具有高毒性和致癌性，对环境污染严重，欧盟已制定了严格的控制措施限制六价铬的使用。WEEE(欧盟关于报废电子电气设备指令)和ELV(报废车辆指令)已分别要求从2006年7月1日和2007年7月1日在电子电气领域和汽车领域禁用六价铬。我国也自2007年3月1日起，禁止投放于市场电子和电气设备中含有六价铬。在此情况下，由于三价铬的毒性远低于六价铬，而其在锌镀层表面的防护性能与六价铬类似，故受到表面处理工作者的关注。目前市面上已出现多种三价格钝化剂产品，其耐蚀性和装饰性已达到或超过六价铬钝化剂。但是经过三价铬钝化剂处理的工件，在放置一段时间后，其钝化膜中会检测出六价铬，而且随着放置时间的延长，六价铬的含量会逐渐升高，远远超过欧盟法规ROHS指令和WEEE指令，这已成为阻碍三价铬钝化技术进一步推广的关键问题。

目前表面处理工作者一般从如下三个方面来解决三价铬钝化膜中有六价铬生成问题：一、采用无铬钝化工艺，即采用完全无铬的钝化液进行电镀锌的表面处理，包括无机物钝化、有机物钝化及无机物和有机物复合钝化等方式，虽然无铬钝化可从根本上解决钝化膜中检测出六价铬的问题，但目前市场上的无铬钝化工艺无论在耐蚀性还是装饰性上，与三价铬钝化工艺的品质相比还有相当的差距；二、在三价铬钝化后采用封闭处理工艺，其方法是利用封闭剂在镀锌材料的三价铬钝化层表面再形成一层有机膜，这种有机膜能够把空气中的氧气与钝化层中的三价铬隔绝开，从而阻止三价铬氧化成六价铬，这种方法虽然能解决六价铬的生成问题，但需要在钝化后增加封闭处理工艺，增加了工艺流程和成本；三、优化三价铬钝化液的组成，抑制钝化膜中六价铬的生成，专利CN103695892A和专利CN108004532A均在三价格钝化液中采用了特种无机纳米颗粒，如二氧化钛、二氧化硅和二氧化锆中的至少一种，或氟锆酸、氟硅酸与氧化铬纳米颗粒的复配物，这些纳米颗粒的添加可以有效提高钝化膜的封闭性能，避免六价铬的生成，但毫无疑问会增加三价铬钝化液的配置难度和原料成本。

发明内容

为了解决目前用于镀锌材料的三价铬钝化剂在使用时形成的三价铬钝化膜中出现六价铬的问题，本发明的目的是提供一种用于镀锌材料的三价铬钝化剂，其通过添加具有特定化学结构的成膜助剂，使镀锌材料表面形成光亮均匀、致密耐蚀的彩色钝化膜，且长时间放置不会生成六价铬，而且此成膜助剂成本低廉，添加简单，基本不增加三价铬钝化剂的配置难度和原料成本；为此，本发明还提供了上述用于镀锌材料的三价铬钝化剂的制备方法和使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：