一种无氰浸锌液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种无氰浸锌液及其制备方法与应用，其中无氰浸锌液包括锌离子、氢氧化钠、镍离子、铁离子、酒石酸钾钠、硝酸钠以及稀土离子，其余为水；制备方法包括首先称取锌源、氢氧化钠、镍源、铁源、酒石酸钾钠、硝酸钠及稀土盐，再配制氢氧化钠溶液并加入锌源，制得锌源溶液，并配制酒石酸钾钠水溶液，之后依次加入铁源、稀土盐、镍源，得到稀土溶液；最后将锌源溶液加入至稀土溶液中，并加入硝酸钠混合均匀，经过滤后即得到无氰浸锌液；制备的无氰浸锌液可用于铝及铝合金的电镀及化学镀领域。与现有技术相比，本发明专利技术的浸锌液具有无毒无害、浸锌工艺简单、制得的浸锌层均匀细致、能有效提高后续镀层与铝基材的结合力等优点。

A cyanide free zinc leaching solution and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种无氰浸锌液及其制备方法与应用
本专利技术属于金属表面处理
，涉及一种无氰浸锌液及其制备方法与应用，具体涉及一种含稀土离子的无氰浸锌液及其制备方法与在铝及铝合金材料的浸锌工艺中的应用。
技术介绍
铝合金具有导电、导热、延展性优良和比强度高、加工成型性好等特点，在电子、汽车、航天航空等行业中应用广泛。但铝合金在恶劣环境中易腐蚀，使其应用受到了很大的限制，经电镀后，可使铝制件性能得到良好改善，从而赋予铝及铝合金更大的应用范围。铝合金电镀质量的关键是镀层与基体的结合力，影响结合力的因素有很多，如铝具有很强的亲氧性，其表面能在较短的时间内形成一层0.001-0.1μm的氧化膜，从而阻碍了镀层与基体的紧密结合。同时铝的标准电极电位很负(-1.67V)，在溶液中极易与其它电位较正的金属离子(铜、铁、镍)等发生置换反应，产生置换层，若置换层疏松，则会严重地影响镀层结合力。铝上电镀的关键是均匀去除其表面的氧化膜并防止电镀前氧化膜的再生及在电镀时抑制置换副反应的发生。为此，在铝制件电镀之前，为提高镀层与基体的结合力，现在最常用的前处理的方法是浸锌处理，生成锌层置换层来替代活性较高的铝表面，锌层的实现大大提高了铝基材电镀实施的可靠性。传统的铝及铝合金的浸锌处理主要是采用改良的邦得尔浸锌工艺，此工艺是在Zn、Fe二元体系的基础上加入NiSO4、CuSO4等金属化合物，以及KNaC4H4O6、KCN等配位剂，该工艺能获得性能较好的浸锌层。但该工艺使用剧毒药品氰化物，对环境和操作者危害极大。根据《产业结构调整指导目录(2007年本)》中的淘汰类中第(十四)其他明确列出含氰浸锌工艺是属淘汰工艺。因此很有必要进行浸锌铝及铝合金无氰沉锌工艺的研究。目前研究较多的是多元合金无氰浸锌，比如浸锌液为Zn、Ni、Cu、Fe四元合金浸锌液，有研究(高硅铝合金无氰浸锌的应用及故障解决，电镀与涂饰，第33卷，第16期)发现，无氰浸锌由于仅使用羟基羧酸(如酒石酸钾钠、葡萄糖酸钠等)作为配位剂，对锌、铜的配位不足，导致浸锌层的铜含量偏高，使基体与镀层容易出现起泡和脱皮的结合力不良情况。因此，为了提高浸锌层的质量，提高后续镀层与基体的结合力，往往采用多次浸锌的方案提高浸锌层的质量，这个操作无疑使浸锌操作变得复杂，费时费力，增加了铝合金电镀的成本。稀土离子现在在电镀行业中发挥着很大的作用，在电镀液中稀土离子的加入能提高电解液中离子的运动能量和速度，从而有效地改善了电化学反应的物理和化学条件，达到了改善镀液性能，提高镀层某些性质的目的。为了改进现有铝合金浸锌工艺的缺点，本专利技术将稀土离子引入浸锌液中。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无氰浸锌液及其制备方法与应用，用于在铝及铝合金基材上形成一种均匀细致的合金浸锌层，并通过合金浸锌层提高铝合金基材与后续工艺得到的金属镀层之间的结合力。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种无氰浸锌液，包括以下组分及质量浓度：锌离子30-70g/L，氢氧化钠80-120g/L，镍离子8-22g/L，铁离子0.5-1.5g/L，酒石酸钾钠70-110g/L，硝酸钠2-4g/L，稀土离子0.4-1.2g/L，其余为水；其中，所述的锌离子通过将锌源溶于水或溶液中得到；所述的镍离子通过将镍源溶于水或溶液中得到；所述的铁离子通过将铁源溶于水或溶液中得到；所述的稀土离子包括铈离子及镧离子中的至少一种，并分别通过将相应的铈源、镧源溶于水或溶液中得到。进一步地，所述的锌源包括氧化锌、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、乙酸锌中的至少一种。进一步地，所述的镍源包括硫酸镍。进一步地，所述的铁源包括氯化铁。进一步地，所述的铈源包括硝酸铈、硫酸铈、氯化铈中的至少一种。进一步地，所述的镧源包括氯化镧、硝酸镧中的至少一种。一种如上所述的无氰浸锌液的制备方法，包括以下步骤：1)按浸锌液的组成及浓度分别称取相应量的锌源、氢氧化钠、镍源、铁源、酒石酸钾钠、硝酸钠及稀土盐；其中，所述的稀土盐为铈源或镧源中的至少一种；2)配制氢氧化钠水溶液，加入锌源并搅拌，得到锌源溶液；并配制酒石酸钾钠水溶液，依次加入铁源、稀土盐、镍源并搅拌，得到稀土溶液；3)将锌源溶液缓慢加入至稀土溶液，再加入硝酸钠并搅拌，经过滤后，得到无氰浸锌液。一种如上所述的无氰浸锌液可用于铝及铝合金的电镀及化学镀领域。进一步地，基于所述的无氰浸锌液的铝及铝合金浸锌工艺，包括如下过程：将铝或铝合金基材依次经除油、水洗、酸洗、水洗、碱蚀、水洗、除灰、水洗后，浸入所述的无氰浸锌液中，即得到具有浸锌层的铝材料或铝合金材料。所述的除油、水洗、酸洗、水洗、碱蚀、水洗、除灰、水洗的过程可采用现有技术中浸锌工艺中常用的相应处理方法，操作时，铝或铝合金基材首先经过除油以除去基材表面油渍，同时也将表面氧化膜进行清理，除油液可选用市场上常用于处理铝及铝合金材料的含有氢氧化钠的除油液；酸洗过程用于进一步对基材表面进行氧化物的清理，清洗过程中可采用10wt％的硫酸溶液作为酸洗液；碱蚀过程是为了进一步加强酸洗对氧化物清理的效果，得到更加清洁的基材表面，碱蚀液可采用以氢氧化钠为主要成分的碱液；除灰过程是以5wt％硝酸为处理介质，用于清除碱蚀后基材表面留下的灰迹，露出干净光洁的铝或铝合金表面，此时的表面经过水洗之后，可进入浸锌液进行浸锌处理。上述步骤间的转换都需要经过去离子水的充分水洗，才能进入下一个工序。进一步地，所述的浸锌工艺中，浸锌液的温度控制在20-50℃，浸锌时间为20-120s。当浸锌液的温度高于50℃时，将会导致浸锌反应速度过快，进而造成浸锌层疏松、浸锌层结合力下降、浸锌层脱落等问题，同时也会导致浸锌层的均匀性下降；当温度低于20℃时，将会导致浸锌反应速度过慢，不容易得到均匀的浸锌层。当浸锌时间少于20s时，浸锌层会因为浸锌量少而不均匀；当浸锌时间长于120s时，浸锌层生长过厚，容易从基体上剥落。因此，浸锌过程既要通过控制浸锌温度以控制浸锌层的生长速度，又要通过控制浸锌时间以控制浸锌层的生长厚度，只有合适的生长速度和合适的厚度才能实现铝及铝合金基材的有效浸锌。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)本专利技术的铝合金浸锌液配制简单、性能稳定、所适用的浸锌工艺的温度范围宽，并且不含氰，无毒无害，废液处理简单，属于环保型浸锌体系；2)稀土离子的加入，明显改变了铝及铝合金基材表面微观活性，使基材上不同区域的电化学活性的一致性得到提高，带来的直接好处就是基材的整体表面浸锌反应能力提高，使得浸锌颗粒细化，对基材微观区域的覆盖能力更强，因此，稀土离子加入后，浸锌处理所得到的基材表面被锌原子覆盖得更加均匀致密；而均匀致密的锌覆盖效果是后续镀层(化学镀或电镀)施镀最理想的状态，因此，稀土离子的加入通过提高锌对铝及铝合金的有效置换反应，从而实现后续镀层与基材之间结合力提高的目的；3)基于本专利技术中的浸锌液的浸锌工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无氰浸锌液，其特征在于，该浸锌液包括以下组分及质量浓度：锌离子30-70g/L，氢氧化钠80-120g/L，镍离子8-22g/L，铁离子0.5-1.5g/L，酒石酸钾钠70-110g/L，硝酸钠2-4g/L，稀土离子0.4-1.2g/L，其余为水；/n其中，所述的锌离子通过将锌源溶于溶液中得到；/n所述的镍离子通过将镍源溶于溶液中得到；/n所述的铁离子通过将铁源溶于溶液中得到；/n所述的稀土离子包括铈离子及镧离子中的至少一种，并分别通过将相应的铈源、镧源溶于溶液中得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种无氰浸锌液，其特征在于，该浸锌液包括以下组分及质量浓度：锌离子30-70g/L，氢氧化钠80-120g/L，镍离子8-22g/L，铁离子0.5-1.5g/L，酒石酸钾钠70-110g/L，硝酸钠2-4g/L，稀土离子0.4-1.2g/L，其余为水；
其中，所述的锌离子通过将锌源溶于溶液中得到；
所述的镍离子通过将镍源溶于溶液中得到；
所述的铁离子通过将铁源溶于溶液中得到；
所述的稀土离子包括铈离子及镧离子中的至少一种，并分别通过将相应的铈源、镧源溶于溶液中得到。


2.根据权利要求1所述的一种无氰浸锌液，其特征在于，所述的锌源包括氧化锌、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、乙酸锌中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的一种无氰浸锌液，其特征在于，所述的镍源包括硫酸镍。


4.根据权利要求1所述的一种无氰浸锌液，其特征在于，所述的铁源包括氯化铁。


5.根据权利要求1所述的一种无氰浸锌液，其特征在于，所述的铈源包括硝酸铈、硫酸铈、氯化铈中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的一种无氰浸锌液，其特征在于，所述的镧源包括氯化镧、硝酸镧中...

【专利技术属性】
技术研发人员：万传云，叶俊勇，赫红超，幸豪，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31