一种黄铜表面钝化液及钝化方法

摘要

本发明公开了一种黄铜表面钝化液及钝化方法，其中无铬钝化工艺的配方包括植酸2.5～6ml/L，双氧水9～12ml/L，硼酸1～7g/L，聚乙二醇-4002～16ml/L，添加剂1～10g/L，钝化温度35～45℃，pH值2～4，钝化时间55～65s。将黄铜试样置于上述钝化液中处理，能显著提高黄铜表面的耐腐蚀性能，其耐蚀性比重铬酸盐钝化膜稍好，有望取代传统的重铬酸盐钝化技术，具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄铜表面无铬钝化技术,属金属腐蚀与防护技术领域。

 

背景技术

黄铜具有优良的导电和加工性能，在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。其标准电位较正，在干燥的大气中没有明显的腐蚀现象，但在潮湿的环境、工业大气和高温条件下比较敏感，导致其在生产、储存、运输和使用过程中的变色和腐蚀。因此需要对其进行防腐处理，较经济方便的方法是在黄铜表面进行钝化处理。

传统工艺采用铬酸盐钝化对铜合金进行腐蚀保护，但随着人们环保意识的提高，世界各国纷纷出台了限制和禁止使用六价铬的政策。目前常使用苯并三氮唑等有机缓蚀剂对黄铜进行钝化处理，虽然取得了一些成效，但常常不能满足酸性、碱性、中性不同条件下的防变色要求，而且防变色时间不够持久，不能满足某些高档产品对其装饰美感的要求。

因此，探索出一种对黄铜表面耐蚀性能好，钝化液稳定，不含铬，无毒，废液易处理的钝化工艺具有重要意义。

 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于黄铜钝化的钝化液及采用该钝化液对黄铜进行钝化的方法。解决黄铜在遇到酸性、碱性腐蚀介质时，或在高温高湿环境中比较容易被腐蚀或变色的问题。

为实现上述目的，本发明的无铬钝化液，包括植酸2.5～6ml/L、双氧水9～12ml/L、硼酸1～7g/L、聚乙二醇-400 2～16ml/L和添加剂1～10g/L。

进一步，所述无铬钝化液包括植酸5ml/L、双氧水9ml/L、硼酸6g/L、聚乙二醇-400 16ml/L和硅酸钠5g/L。

进一步，所述无铬钝化液包括植酸4ml/L、双氧水9ml/L、硼酸 6g/L、聚乙二醇-400 16ml/L和BTA 3g/L。

进一步，所述添加剂为BTA或硅酸钠。

进一步，所述无铬钝化液的pH值为2-4。

本发明的黄铜表面钝化方法，包括以下步骤：

1）    对黄铜表面进行清洁处理；

2）    清洁后的黄铜加入到上述钝化液中，钝化过程控制钝化液的温度为35～45℃，钝化时间为55～65s。

进一步，包括取干净的硬毛刷，洗刷干净黄铜表面的污物。

进一步，毛刷洗刷黄铜表面污物后，置于碱性除油液中除油，除油过程在超声波清洗器中进行，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

进一步，将除油过的黄铜置于酸洗除锈液中除去黄铜表面的氧化皮，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

进一步，将除去了氧化皮的黄铜置于化学抛光液中进行化学抛光处理，使表面更加平滑光亮，有利于钝化成膜，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

本发明的无铬钝化液解决黄铜在遇到酸性、碱性腐蚀介质时，或在高温高湿环境中比较容易被腐蚀或变色的问题，更重要的是本钝化液不含铬，无毒，废液易处理。

无铬钝化液中包括植酸和双氧水，植酸和双氧水含量会对黄铜的钝化效果产生影响，植酸含量太少，黄铜表面成膜不完整，不能有效抑制双氧水对黄铜基体的氧化，导致过氧化，中部为浅褐色，表面无光泽；但是植酸含量太多，钝化液络合性太强，络合剂极易吸附在基体表面，过早抑制了基体的溶解，不能产生足够的金属离子与钝化液反应，导致成膜速度慢，膜层薄，黄铜表面耐蚀性下降。双氧水具有强氧化性，在黄铜表面钝化成膜前，它能加速黄铜基体的溶解，使黄铜成膜速度加快，温度较低时也能成膜，提高成膜效率。但是双氧水的含量不能太大，太大会使黄铜表面的腐蚀电位处于过钝化区，一定的时间后会产生过腐蚀，导致加速黄铜表面腐蚀，外观质量较差，且钝化膜成膜过快，导致钝化膜成膜不均匀，钝化膜耐蚀性减弱；如果双氧水的含量太低，导致钝化液氧化性太弱，黄铜表面不易形成完整的钝化膜，甚至在没有成膜的地方造成加速腐蚀，形成点蚀。本发明的钝化液配方是按照上述原则选用植酸在黄铜表面成膜，植酸无毒无污染，在金属表面成膜性好，膜层均匀；选用双氧水、聚乙二醇、硼酸等与植酸复配使用，使黄铜表面更快形成具有一定厚度的膜层，膜层更加致密；钝化液不含铬，无毒，稳定性较好，废液容易处理，工业应用前景较好。

 

具体实施方式

以下通过具体实例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1：

1.试验材料：黄铜，主要化学成分（Wt%）为：72.8%Cu，24.6%Zn，2.5%Al，其余为杂质。试样尺寸为：30mm×20mm×0.2mm。

2.工艺流程：试样裁剪→除油→自来水冲洗→酸洗→自来水冲洗→化学抛光→自来水冲洗→钝化→自来水冲洗→吹干，其具体步骤为：

(1) 把黄铜片裁剪成尺寸为30mm×20mm×0.2mm的试样。取干净的硬毛刷，洗刷干净黄铜试片表面的污物。

(2)黄铜试样在加工后表面会有油污，必须清除，将其置于碱性除油液中除油，除油过程在超声波清洗器中进行，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

(3) 将除油过的黄铜试样置于稀硫酸中预酸洗除去试样表面的氧化皮，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

(4) 将除去了氧化皮的黄铜试样置于混合酸液中进行化学抛光处理，使表面更加平滑光亮，有利于钝化成膜，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

(5) 经化学抛光后的黄铜表面很活泼，容易发生反应，在潮湿的空气中放置3～5min就会变色腐蚀，需要对其进行钝化处理。将活化的黄铜试样置于钝化液中进行钝化处理，一定时间后取出，用自来水冲洗干净。

(6)将经过钝化处理的黄铜试样用电吹风吹干。

3.碱性除油配方：Na₃PO₄·12H₂O 10～20g/L，Na₂CO₃ 10～20g/L，Na₂SiO₃·9H₂O 10～20g/L，OP-10乳化剂2～3 g/L，清洗温度为70～80℃，清洗时间为3～5min。清洗过程在超声波清洗器中进行。

4.酸洗除锈液：10%的H₂SO₄溶液，室温，时间3～5min。

5.化学抛光液配方：磷酸（85%）550ml/L，硝酸（65%）100ml/L，冰醋酸350ml/L，抛光温度为50～70℃，抛光时间为2～4min。

6.本发明的钝化液配方：植酸2.5ml/L，双氧水9ml/L，硼酸7g/L，聚乙二醇-400 2ml/L，硅酸钠(Na₂SiO₃·9H₂O)4g/L，钝化温度35～40℃，pH值2～3（用硫酸或氢氧化钠调节），钝化时间60s。

 

实施例2：

1.试验材料：同实施例1。

2.工艺流程：同实施例1。

3.碱性除油配方：同实施例1。

4.酸洗除锈液：同实施例1。

5.化学抛光液配方：同实施例1。

6.本发明的钝化液配方：植酸4ml/L，双氧水9ml/L，硼酸1g/L，聚乙二醇-400 5ml/L，硅酸钠(Na₂SiO₃·9H₂O)10g/L，钝化温度35～40℃，pH值2～3（用硫酸或氢氧化钠调节），钝化时间60s。

 

实施例3：

1.试验材料：同实施例1。

2.工艺流程：同实施例1。

3.碱性除油配方：同实施例1。

4.酸洗除锈液：同实施例1。

5.化学抛光液配方：同实施例1。

6.本发明的钝化液配方：植酸5ml/L，双氧水9ml/L，硼酸6g/L，聚乙二醇-400 16ml/L，硅酸钠(Na₂SiO₃·9H₂O)5g/L，钝化温度35～40℃，pH值2～3（用硫酸或氢氧化钠调节），钝化时间60s。

 

实施例4：

1.试验材料：同实施例1。

2.工艺流程：同实施例1。

3.碱性除油配方：同实施例1。

4.酸洗除锈液：同实施例1。

5.化学抛光液配方：同实施例1。

6.本发明的钝化液配方：植酸2.5ml/L，双氧水12ml/L，硼酸5g/L，聚乙二醇-400 5ml/L，BTA 1g/L，钝化温度35～40℃，pH值3～4，钝化时间60s。

 

实施例5：

1.试验材料：同实施例1。

2.工艺流程：同实施例1。

3.碱性除油配方：同实施例1。

4.酸洗除锈液：同实施例1。

5.化学抛光液配方：同实施例1。

6.本发明的钝化液配方：植酸4ml/L，双氧水9ml/L，硼酸6g/L，聚乙二醇-400 16ml/L，BTA 3g/L，钝化温度35～40℃，pH值3～4，钝化时间60s。

 

实施例6：

1.试验材料：同实施例1。

2.工艺流程：同实施例1。

3.碱性除油配方：同实施例1。

4.酸洗除锈液：同实施例1。

5.化学抛光液配方：同实施例1。

6.本发明的钝化液配方：植酸6ml/L，双氧水9ml/L，硼酸3g/L，聚乙二醇-400 15ml/L，BTA 1g/L，钝化温度35～40℃，pH值3～4，钝化时间60s。

上述实施例中所采用的植酸和双氧水均是以质量分数为100%来计量的，采用其他浓度的植酸和双氧水配制无铬钝化液，可以按照浓度比换算得到相应浓度的植酸和双氧水的用量。

以下列出现有黄铜钝化方案与本发明的黄铜钝化方法做对比：

1.试验材料：同实施例1。

2.工艺流程：同实施例1。

3.碱性除油配方：同实施例1。

4.酸洗除锈液：同实施例1。

5.化学抛光液配方：同实施例1。

6.传统的重铬酸盐钝化液配方：100～150 g/L重铬酸钠，5～10 g/L浓硫酸，4～7 g/L氯化钠，室温钝化3～8s。

试验结果：经本发明钝化处理的黄铜试样表面光亮，成膜均匀，呈黄铜本色。采用硝酸点滴试验和盐水浸泡试验检测各钝化膜的耐蚀性能，结果如下表所示。

 

耐腐蚀试验结果

试验方法实例1实例2实例3实例4实例5实例6现有耐硝酸点滴时间/s1213141413117在5%氯化钠溶液中浸泡60天的平均腐蚀速率/ g·m^-2·h^-10.00430.00460.00420.00410.00400.00480.0054

以上试验结果表明：与传统重铬酸盐钝化技术相比，经本发明黄铜钝化技术处理的黄铜试样可获得优越的综合耐蚀性能。