无氰镀镉三价铬钝化加纳米封闭工艺

郭崇武

（广州超邦化工有限公司，广东 广州 510460）

由于航空航天产品的特殊要求，其部件一般采用镀镉加六价铬钝化的镀层结构来进行防护。一些航空航天企业已经用无氰镀镉代替了氰化物镀镉[1-4]，取得了较好的环境效益和社会效益。然而，六价铬钝化也属于高毒性的表面处理工艺，对环境和生命健康都有较大的危害。三价铬的毒性是六价铬的1%，用三价铬钝化代替六价铬钝化可以大幅度降低传统钝化工艺给环境造成的污染。但六价铬钝化层具有自修复性，因此航空航天零部件仍采用六价铬钝化工艺。三价铬钝化层不具有自修复性，在镀镉层上制备三价铬钝化层还不能满足航空航天产品的技术要求。若要将三价铬钝化技术应用于航空航天领域，必须解决钝化层的自修复性问题。然而目前绝大多数封闭剂制备的封闭层还不具有自封闭性能。为此，开发了适用于无氰镀镉的三价铬钝化加纳米封闭工艺[5]。所用的纳米改性封闭剂以水溶性聚氨酯和水溶性硅烷聚合物为成膜物质，其中的硅烷聚合物分子中有足够多的醇基，当钝化层被划伤时，未反应的醇基能够重新交联生成新的保护层，因而具有一定的自修复能力。

1 工艺流程

钢铁基体：碱性化学除油→水洗→碱性阳极电解除油→水洗→酸洗→水洗→阴极电解除油→水洗→活化→水洗→无氰镀镉→水洗→烘干→除氢(200 °C下保温10 ～ 20 h)→出光(质量分数为2%的硝酸)→水洗→三价铬钝化→水洗→纳米封闭→烘干。

铝合金基体：化学除油→水洗→浸蚀→水洗→出光→水洗→第一次浸锌→水洗→退锌→水洗→第二次浸锌→水洗→预镀锌镍合金→水洗→除膜(质量分数为3%的硫酸)→无氰镀镉→水洗→出光(质量分数为2%的硝酸)→水洗→三价铬钝化→水洗→纳米封闭→烘干。

1.1 前处理

采用现行的前处理工艺即可。铝合金的二次浸锌和预镀锌镍合金工艺参考文献[6]。

1.2 无氰镀镉

工艺条件及镀层要求见文献[6]。

1.3 三价铬钝化

三价铬蓝白色钝化：TRIROS TCP-309 浓缩液 40 ～ 80 mL/L，pH 为 2.0 ～ 2.8，温度 20 ～ 30 °C，浸渍时间15 ～ 50 s，空气搅拌。

三价铬彩色钝化：TRIROS TYP-168浓缩液100 ～ 130 mL/L，TRIROS TYP-168 B添加剂 2 ～ 6 mL/L，pH 为 1.7 ～ 2.3，温度 25 ～ 70 °C，浸渍时间 30 ～ 90 s，空气搅拌。

1.4 纳米封闭

纳米改性封闭剂采用超邦化工的专利配方[7]：水溶性聚氨酯35% ～ 45%(质量分数，下同)，水溶性硅烷聚合物5% ～ 15%，纳米二氧化硅溶胶1.5% ～ 2.5%，湿润剂(聚醚改性烷基共聚物或2-乙基己基硫酸酯钠盐)0.4% ～ 0.6%，促进剂(乙二醇或1,3-丙二醇)1.5% ～ 2.5%，去离子水31.9% ～ 55.1%。将上述组分混合在一起，搅拌均匀即可。

在封闭槽中用去离子水将封闭剂稀释8 ～ 12倍得封闭液，镀件钝化和水洗后浸入封闭液中10 ～ 30 s，出槽后沥干，并用高压空气吹掉镀件底部残留的封闭液，然后在70 ～ 90 °C下烘烤30 ～ 90 min。要求封闭层厚度为 0.8 ～ 1.2 μm。

2 镀层性能

2.1 镀层结合力

按照JB 2111–1977《金属覆盖层的结合强度试验方法》，以热冲击试验测试镀层结合力。把钢铁或铝合金镀镉件放在加热炉中加热至190 °C，取出后放入室温的水中骤冷，结果镀层没有出现起泡和脱落。由此可见，采用锌镍合金镀层作为铝合金基体的预镀层时，其结合力满足要求。

2.2 耐蚀性

按照GB/T 10125–1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行中性盐雾试验，结果采用蓝白色三价铬钝化工艺制备的镀件在1728 h内无白锈，采用彩色三价铬钝化工艺制备的镀件在1756 h内无白锈。QJ 453–1988《镉镀层技术条件》要求镀镉件进行中性盐雾试验96 h后表面不出现白锈。可见本工艺所得镀层的耐盐雾性能比标准至少高17倍。

3 结语

本文介绍的无氰镀镉+三价铬钝化+纳米封闭的技术方案具有较高的实用性，清洁环保，能够促进航空航天领域电镀技术的进步，市场前景良好。

参考文献：

[1] 郭崇武.新型酸性无氰镀镉工艺的开发研究[J].电镀与涂饰, 2016, 35 (5): 250-255.

[2] 陈康, 郭崇武, 代朋民.氯化钾无氰镀镉故障的处理措施[J].电镀与涂饰, 2017, 36 (5): 257-259.

[3] 陈建锐, 郭崇武.无氰酸性镀镉在航空航天零部件上的应用[J].电镀与精饰, 2017, 39 (3): 23-24, 28.

[4] 郭崇武, 王小东.氯化钾无氰镀镉故障分析与处理[J].电镀与涂饰, 2017, 36 (23): 1271-1272.

[5] 广州超邦化工有限公司.一种适用于航空航天零部件的环保型镀层结构: 201710678277.3 [P].2017–12–12.

[6] 郭崇武.以锌镍合金电镀替代化学镀镍作为中间层的铝合金无氰镀镉工艺[J].电镀与涂饰, 2018, 37 (5): 217-219.

[7] 广州超邦化工有限公司.锌镍合金镀层及镀锌层纳米改性封闭剂及其制备、使用方法: 201610196448.4 [P].2016–06–15