一种Zn-Fe-SiO*复合电解液制造技术

本发明专利技术涉及一种Ｚｎ－Ｆｅ－ＳｉＯ↓［２］复合电解液，属钢铁零部件及金属材料表面处理技术领域。电镀液包含作为主盐的Ｆｅ及Ｚｎ的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的（ＮＨ↓［４］）↓［２］ＳＯ↓［４］、作为缓冲剂的柠檬酸Ｈ↓［３］ＢＯ↓［３］、以及ＳｉＯ↓［２］微粒，还含有添加剂０．５～５ｇ／Ｌ、ＳｉＯ↓［２］共沉积促进剂１～３ｇ／Ｌ。使用其所得镀层为Ｚｎ－Ｆｅ基体中夹杂有ＳｉＯ↓［２］微粒的Ｚｎ－Ｆｅ－ＳｉＯ↓［２］镀层，还可含有稀土元素，形成Ｚｎ－Ｆｅ－ＳｉＯ↓［２］－ＲＥ镀层。具有工艺简单、污染小、安全、综合成本低，镀层硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温性高，致密性、装饰性、综合性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种Zn-Fe-SiO2复合电解液
：本专利技术涉及一种Zn-Fe-SiO2复合电解液，用于在钢铁零部件表面镀覆Zn-Fe-SiO2镀层，属钢铁零部件及金属材料表面处理
技术背景：腐蚀与防腐关系到经济发展和人民生命安全，表面工程技术是解决机械零部件及材料腐蚀与防护最经济有效的手段和方法。随着现代工业和科学技术的飞速发展，对机械零部件和材料表面的性能要求越来越高，表面处理技术也随之有了迅速的发展。表面工程技术可以使用化学、物理或电化学方法来对零部件或材料表面进行处理，使其表面形成各种防护层，提高零部件或材料的使用寿命。合金复合表面沉积(电沉积或化学沉积)因其与单金属表面沉积相比具有较高的耐蚀性、硬度、致密性、耐磨性、耐高温性、易焊性及漂亮的外观，而得到了广泛的应用。镀锌作为钢铁的防护性镀层，因锌的资源丰富价格便宜，得到了广泛应用。为了满足对零部件或材料性能更高要求，国内外都加大了对Zn-Ni、Zn-Fe、Sn-Zn、Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Cr、Zn-Ti、Zn-Co-Cr、Zn-Co-Fe、Zn-Ni-P、Zn-Fe-P等锌基合金镀的研究与应用，其中应用较广的主要是锌和铁族金属形成的合金(Zn-Fe、Zn-Ni、Zn-Co)。研究表明，锌基合金镀层的防护性、装饰性、硬度及其它机械性能都优于传统的锌镀层，具有广泛的应用前景；特别是锌铁合金因具有较好的性价比，已在德国汽车工业普遍应用。近十多年来，人们对研发高耐蚀性锌基合金镀给予了极大关注。在不断完善电沉积锌基复合镀的基础上，开发出了Zn-TiO2、Zn-Al2O3、Zn-SiO2、等性能较好的复合镀层产品及工艺，为了使复合镀层具有更好的耐蚀性和其他性能，近年来又开发了Zn-Fe-TiO2、Zn-Co-TiO2、Zn-Ni-TiO2等钛系锌基复合镀层。尽管如此，国内外对固体颗粒与锌基合金复合沉积的研究和应用还很少，尤其是对Zn-Fe-SiO2的研究及应用还未见报道。现有Zn-Fe、Zn-Ni基多元-->非复合电镀镀层虽具有较好的致密性与装饰性(外观)，但其硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温性仍不够高，仍满足不了某些特殊工作环境的需要；而Zn-SiO2等非金属弥散颗粒复合镀层的硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温性较好，但其致密性、装饰性(外观)又较差。而且大多数锌基合金(包括Zn-Fe合金、Zn-Fe-TiO2等)镀层含Fe量较低(Fe％＜1％)，因此必须经过高铬酸钝化处理才能保证镀层的高耐蚀性，钝化工艺中具有很高毒性的铬酸，给电镀工艺及镀液后处理带来了很多困难，使安全生产及环境保护成本大大提高。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种不需要钝化处理就可获得高耐蚀性、耐磨性镀层，工艺简单、安全、综合成本低、环保的Zn-Fe-SiO2复合电解液，利用该镀液得到的镀层既有较高硬度、耐蚀性、耐磨性、耐高温氧化性能，又有高致密性、装饰性(外观)、优良的综合性能。本专利技术的
技术实现思路
为：该电镀用电解液包含有作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH4)2SO4、作为缓冲剂的H3BO3、以及SiO2微粒，其组成为：FeSO4·7H2O 70～210g/L、ZnSO4·7H2O 25～100g/L、(NH4)2SO4 70～140g/L、柠檬酸20～70g/L、H3BO3 20～40g/L、抗坏血酸0.8～1.5g/L、SiO2 20～100g/L、添加剂0.5～5g/L、SiO2共沉积促进剂1～3g/L。添加剂为聚乙二醇、硫脲、香草醛、香豆素中的任一种或几种的任意组合，共沉积促进剂为碱土金属盐(如：氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镁等)的一种或几种的任意组合。电解液中还可含有稀土盐或稀土氧化物中的任一种或几种的任意组合，其含量为1～15g/L；这些稀土盐或稀土氧化物是稀土氯化盐、稀土硫酸盐、稀土氧化物，即：铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇的氧化物、氯化盐或硫酸盐中的任一种或多种的任意组合，如：氯化镧、氯化铈、氯化钇、硫酸铈、硫酸镧、硫酸镨、氧化铈、氧化镨、氧化铕、氧化钪等。该表面镀覆有镀层的钢铁零部件，其特殊之处是镀层为Zn-Fe基体中夹杂有SiO2微粒的Zn-Fe-SiO2复合镀层，镀层中以重量计锌含量为87％至91％，铁含量为8％至12％，SiO2含量为0.5％至1％。镀层中还可含有稀土元素，形-->成Zn-Fe-SiO2-RE复合镀层，该复合镀层中以重量计锌含量为82％至91％，铁含量为8％至12％，SiO2含量为0.5％至1％。镀层的厚度为10-2至20×10-3mm，稀土元素可以是所有稀土元素(即：铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇)中的任一种或几种的任意组合。镀层厚度及各元素含量根据实际需要在给定范围内确定。该钢铁零部件表面电镀方法，包括在进行电镀之前对所述零部件进行打磨水洗、除油，然后水洗、除锈蚀、再经水洗后放入电镀槽电镀液中、并在对电镀液搅拌下进行电镀的步骤，还包括在进行电解之后从电镀液中取出所述零部件进行水洗、烘干的步骤，电镀液包含有作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH4)2SO4、作为缓冲剂的H3BO3、以及SiO2微粒，电镀液组成为：FeSO4·7H2O 70～210g/L、ZnSO4·7H2O25～100g/L、(NH4)2SO4 70～140g/L、柠檬酸20～70g/L、H3BO3 20～40g/L、抗坏血酸0.8～1.5g/L、SiO2 20～100g/L、添加剂0.5～5g/L、SiO2共沉积促进剂1～3g/L；添加剂为聚乙二醇、硫脲、胡椒醛等中的一种或几种的任意组合，共沉积促进剂为碱土金属盐(如：氯化钙、氯化锶、氯化钡、氯化镁等)的一种或几种的任意组合。镀液中还可含有稀土盐或稀土氧化物中的任一种或几种的任意组合，其含量为1～15g/L；这些稀土盐或稀土氧化物是稀土氯化盐、稀土硫酸盐、稀土氧化物，即：铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇的氧化物、氯化盐或硫酸盐中的任一种或几种的任意组合，如：氯化镧、氯化铈、氯化钇、硫酸铈、硫酸镧、硫酸镨、氧化铈、氧化镨、氧化铕、氧化钪等。镀液的pH值为3～5，电镀的电流密度为1～8A/dm2、温度为室温。镀液中SiO2粉末的粒度为0.5～0.9μm，电镀过程中对镀液的搅拌速度为150～250rpm。上述各组成物的含量或选取等工艺参数及施镀时间可根据实际所需镀层厚度、硬度、致密度等在给出范围内具体选择。本专利技术采用Zn-Fe-SiO2复合层，使Zn、Fe基质层中增加了高熔点、高硬度、耐磨、抗高温的SiO2颗粒，从而使镀层的硬度、耐磨性、耐高温氧化性-->大幅提高；而且由于电镀镀液中Fe2+的数量大，使镀层中Fe含量较大，使镀层外观光亮，具有的良好的致密性与装饰性(外观)的优点。在酸性介质中，镀层与介质的反应主要是锌、铁与H+的反应，镀层的耐蚀性主要取决于基质金属与H+反应的快慢程度，而铁在酸中的活性比锌差，所以镀层中较高的Fe含量使其对酸的耐蚀性提高。SiO2颗粒在镀层中的存在，既减小了镀层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｚｎ－Ｆｅ－ＳｉＯ↓［２］复合电解液，包含作为主盐的Ｆｅ及Ｚｎ的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的（ＮＨ↓［４］）↓［２］ＳＯ↓［４］、作为缓冲剂的柠檬酸Ｈ↓［３］ＢＯ↓［３］、以及ＳｉＯ↓［２］微粒，其特征在于所述电解液的组成为：ＦｅＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ７０～２１０ｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ２５～１００ｇ／Ｌ、（ＮＨ↓［４］）↓［２］ＳＯ↓［４］７０～１４０ｇ／Ｌ、柠檬酸２０～７０ｇ／Ｌ、Ｈ↓［３］ＢＯ↓［３］２０～４０ｇ／Ｌ、抗坏血酸０．８～１．５ｇ／Ｌ、ＳｉＯ↓［２］２０～１００ｇ／Ｌ、添加剂０．５～５ｇ／Ｌ、ＳｉＯ↓［２］共沉积促进剂１～３ｇ／Ｌ。

【技术特征摘要】
1、一种Zn-Fe-SiO2复合电解液，包含作为主盐的Fe及Zn的硫酸盐、作为配合剂的柠檬酸、作为导电盐的(NH4)2SO4、作为缓冲剂的柠檬酸H3BO3、以及SiO2微粒，其特征在于所述电解液的组成为：FeSO4·7H2O70～210g/L、ZnSO4·7H2O25～100g/L、(NH4)2SO470～140g/L、柠檬酸20～70g/L、H3BO320～40g/L、抗坏血酸0.8～1.5g/L、SiO220～100g/L、添加剂0.5～5g/L、SiO2共沉积促进剂1～3g/L。2、根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英杰，范云鹰，章江洪，陈阵，
申请(专利权)人：昆明理工大学，张英杰，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]