植酸在金属表面处理中的应用

植酸在金属表面处理中的应用

植酸亦称环己六醇六磷酸脂, 是从粮食作物中提取的天然无毒化工产品, 植酸特殊的分子结构及理化性能, 决定了其在金属表面处理中的重要应用价值。尤其是在环境保护日益强化的今天, 植酸产品在金属表面处理中必将占有极其重要的位置。

1. 植酸的防护机理

植酸分子量为660, 分子式为Ｃ6Ｈ18Ｏ24Ｐ6。植酸分子中含有六个磷酸基, 故易溶于水，具有较强的酸性。植酸分子中具有能同金属配合的24个氧原子、12个羟基和6个磷酸基。因此, 植酸是一种少见的金属多齿螯合剂。当与金属络合时 ,易形成多个螯合环, 所形成的络合物稳定性极强 ,即使在强酸性环境中, 植酸也能形成稳定的络合物。

植酸分子结构中6个磷酸基只有一个处在ａ位, 其它5个均在ｅ位上, 其中有4个磷酸基处于同一平面上。因此,植酸在金属表面同金属络合时, 易在金属表面形成一层致密的单分子保护膜, 能有效地阻止Ｏ2等进入金属表面, 从而抵抗了金属的腐蚀。植酸处理后的金属表面由于形成的单分子有机膜层同有机涂层具有相近的化学性质, 同时还由于膜层中含有的羟基和磷酸基等活性基因, 能与有机涂层发生化学作用。因此, 植酸处理后的金属表面与有机涂料有更强的粘接能力。利用植酸的上述特殊性能, 我们将植酸应用于金属防腐、常温磷化、无铬钝化等工艺中,取得良好的效果。

2.植酸在金属表面处理中的应用

2.1低氰碱性镀锌液的添加剂除

一价金属外,植酸能和所有二价及二价以上的金属离子结合成植酸盐, 具有在较宽ｐＨ值范围内能与各种金属离子络合作用的特性。同时, 植酸或其盐类可代替氰化钠进行低氰或无氰电镀, 不仅能大幅度提高产品质量, 降低生产成本, 还能明显降低环境污染。植酸替代氰化钠用于碱性低氰镀锌是很好的例子。在碱性镀锌液中, 添加一种或二种以上的植酸或植酸盐和一种或二种以上的水溶性高分子化合物, 及一种或二种以上的芳香醛组合成复合添加剂。镀液组成为:氧化锌10ｇ/Ｌ,氰化钠10ｇ/Ｌ,苛性钠70ｇ/Ｌ, 植酸0.15ｇ/Ｌ, 聚乙烯亚胺0.2ｇ/Ｌ, 胡椒醛0.3ｇ/Ｌ,25°Ｃ,2Ａ/ｄｍ2。能得到光洁度好、镀层致密、电流密度范围宽、具有综合优良性能的镀层。

2.2无铬镀锌钝化液用

植酸复配的缓蚀添加剂替代铬酸盐进行钝化处理, 膜层具有很好的缓蚀性能。

(1)钝化液配方

硅酸钠(40%)40ｇ/Ｌ, 硫酸(98%)3ｇ/Ｌ, 过氧化氢(98%)40ｇ/Ｌ, 硝酸(10％)5g/L,ｐＨ值2～3。

(2)缓蚀添加剂

HＥＤＰ(50%)5ｇ/Ｌ, ＮＴＰ(50%)5ｇ/Ｌ, ＥＤＴＭＰ(50%)5ｇ/Ｌ, ｇ/Ｌ。

(3)钝化液配制

将40%的硅酸钠缓慢加入水中, 边加边搅拌, 然后缓慢加入稀硫酸, 然后依次加入过氧化氢、硝酸、缓蚀添加剂。

（4)工艺流程

镀锌层冷水洗钝化液中浸渍10～20ｓ冷水洗烘干

对镀锌层进行钝化处理能明显延缓钝化膜的腐蚀, 这是由于植酸有6个活性磷酸基, 可与离子螯合形成单分子致密防护膜, 增强了钝化膜的抗腐蚀性能。

钝化膜外观白亮、均匀、细致,经3%氯化钠和0.005ｍｏｌ/Ｌ硫酸溶液浸渍后, 在潮湿环境中观察, 试片1%面积出现蚀点或锈斑的时间超过70ｈ。

2.3化学镀络合剂

在化学镀中,络合剂的使用直接影响镀液的稳定性、使用寿命和沉积速度, 以植酸为络合剂配制的Ｎi-Ｐ化学镀液沉积速度≥20μｍ/ｈ,而溶液寿命可达

8个周期以上。镀液成分及工艺条件:ＮｉＳＯ4·6Ｈ2Ｏ23ｇ/Ｌ, ＮａＨ2ＰＯ2·Ｈ2Ｏ35ｇ/Ｌ, Ｎａ2Ｃ6Ｈ5Ｏ7·2Ｈ2Ｏ35ｇ/Ｌ, 植酸5ｇ/Ｌ, 辅助络合剂10ｇ/Ｌ,加速剂16ｇ/Ｌ, 润湿剂0.05ｇ/Ｌ, ｐＨ值4.5～5.0, 装载量1.7ｄｍ2/Ｌ。

2.4 低温快速磷化液

2.4.1配方及工艺条件

氧化锌1.8～2ｇ/Ｌ, 磷酸10ｇ/Ｌ, 磷酸二氢钠15ｇ/Ｌ, 草酸0.2ｇ/Ｌ,柠檬酸0.2ｇ/Ｌ, 六偏磷酸钠0.3ｇ/Ｌ, 磷酸氢二铵3ｇ/Ｌ, 硫脲0.02ｇ/Ｌ, 对苯二酚0.5ｇ/Ｌ,植酸0.5ｇ/Ｌ, ｐＨ值2～

3。按上述配方量稀释10～15倍使用, 20～35°Ｃ, 磷化时间为5～15ｍｉｎ。耐硫酸铜时间≥300ｓ, 磷化面积45～60ｍ2/ｋｇ, 膜重2.0～3.4ｇ/ｍ2。

2.5金属表面防腐涂布剂

将涂布剂涂在铁、锌、铝及合金表面上, 其耐蚀性和涂漆后的耐蚀性, 以及涂料膜的附着力都能大大提高。

2.4.1 配方

氟钛酸铵10ｇ/Ｌ,植酸16ｇ/Ｌ,硅胶30ｇ/Ｌ,ＰＶＡ(聚合度1400)50ｇ/Ｌ,ｐＨ值5.3。

2.4.2 使用方法

2.4.3 被涂金属件先用有机溶剂擦拭,除去表层污垢,再用涂布器将防腐涂布剂涂在金属表层,防腐剂用量为10ｍｇ/ｍ2,涂布后在120°Ｃ循环热风中干燥35ｓ。

2.6金属防腐剂

适用于与气相或液相水接触的金属及合金表面的防腐。

2.6.1 配方

植酸3ｇ/Ｌ,苯甲酸钠7.5ｇ/Ｌ,三乙醇胺适量,ｐＨ值≥7。2

2.6.2 防腐性能

将铝片放在含上述防腐剂50ｍｇ/Ｌ的水溶液中浸泡7天,金属表面光亮,无腐蚀孔洞。

2.7金属表面磷化膜漂洗剂

锌系磷化膜漂洗剂可有效地提高磷化膜与漆层的抗腐蚀能力,并改善磷化膜与漆层的粘接性能,阻止喷涂漆膜颜色的变化。本配方以植酸替代铬酸盐有效地降低污染,改善环境。

2.7.1 配方

植酸0.5ｇ/Ｌ,氢氧化钠适量,ｐＨ值3.0。

2.7.2使用方法将

磷化处理过的金属件在漂洗液中浸泡10ｓ,处理后用去离子水冲洗干净,晾干，然后用电泳涂漆工艺将金属件涂上一层20μｍ厚的水溶性树脂膜,最后在170°Ｃ下烘烤30ｍｉｎ。经对比试验,表面综合性能均优于铬酸盐处理法。