三价铬化学转化剂的研究　New!

■ 江苏昆山青烽精细化工有限公司

【摘要】
随着人们环保意识的日益加强,为了尽量减少金属表面前处理工艺对环境的污染,满足市场需求,对无铬化学转换剂和三价铬化学转换剂的研究已成为一种必然趋势, 本文主要阐述了三价铬化学转化处理剂的组成、工作机理、优势以及其在实际中的应用。

【关键词】
三价铬、化学转化、金属、表面处理

1. 前言

长期以来，铬酸盐转化膜广泛应用于各种金属的表面处理。但是六价铬是一种剧毒物质，具有致癌、致畸和诱发基因突变的作用，对于诸多表面处理工艺造成了环境的巨大负担，世界各国对其管理与监督日趋严格。因此需要研究和开发一种无毒或低毒的物质以取代铬酸盐转化。

随着人们生活质量的提高，对产品的环保要求也越来越高。现在已经出现的无铬技术：包括象稀土金属系、植酸、硅烷、纳米陶瓷等。但现有的无铬技术还存在膜层质量较差、工艺复杂、成本较高等缺点。而实验证明通过某些手段可以使三价铬转化工艺达到六价铬的效果，故三价铬转化工艺目前仍有其实用性价值。 

2. 三价铬转化特点

1) 处理液中不含六价铬，处理后膜层中也不含有六价铬。
2) 符合RoHS、WEEE和ELV规范。
3) 本三价铬处理剂液可以用于多种种设备，如喷淋式、浸泡式。
4) 低温型的工艺，可以常温使用。
5）不含磷酸盐、硝酸盐、锌、镍、锰及挥发性有机物。
6）适用于多种金属，铁材、铝材、热浸镀锌材、电解镀锌材及锌合金等。
7）适用于油漆与粉体及电泳涂装的前处理。
8）生产时没有沉淀产生。
9）与涂层亦良好的结合力和耐蚀性能。

本处理剂会在金属表面生成均匀密致的纳米级转化层，尤其在压铸铝合金及镀锌材有非常明显效果，以中钢电解镀锌材为例，经处理后耐中性盐雾测试100小时不出白锈，在铝材方面，其耐盐雾测试与六价铬转化膜相当。

2.1 三价铬处理剂工作机理

当金属与的三价铬处理剂槽液相接触后，在两相接口间便发生了金属的氧化和H+的还原等氧化还原反应，使得接口附近的pH上升,三价铬在槽液中形成络合物的稳定性下降，与OH-、Ti和Zr的离子等反应形成不溶性化合物，随着pH的不断上升，含有Cr及Ti和Zr的化学转化膜在金属表面析出形成。

2.2 三价铬处理剂的组成

三价铬处理剂浓缩液是按照特定比例的水溶性三价铬化合物、水溶性镁化合物、水溶性Ti和Zr化合物、氟化合物成份及其它添加剂配比而成。与金属材料反应后，形成含有0.05~0.8 mmol/m2的Cr及0.05~1 mmol/m2的Ti和Zr的化学转化膜，化学转化膜厚度为40~100 nm。

2.3 三价铬处理剂的工艺条件和配置方法

2.3.1 工艺流程

2.3.2 工艺条件

三价铬处理剂浓缩液 40~60 ml/L 
pH值 4.0~4.2（用1%的氢氧化钠或5%硫酸调整） 
总酸度 3.5~8 point 
使用温度 常温~35℃ 
使用时间 30~120秒 
喷淋时压力 0.8~1.2 bar

2.3.3 配置方法 

先在PVC塑料槽或者不锈钢槽内加入清水（最好为去离子水），然后加入计算量的三价铬处理剂，搅拌均匀，槽液为淡绿色，测量pH，必要时调整到范围内。

2.4 三价铬处理剂工作液的维护管理

1. 1. 三价铬处理剂工作液的新配槽为淡绿色液体。
   2. 生产时其pH值每2小时检测一次，一般随使用时间延长和产品量的增加而pH值不断上升。处理时间随温度的降低而适当延长。
   3. 随着生产的进行，三价铬处理剂工作液应定期分析并添加。其消耗量为处理1m2的金属工件需要添加三价铬处理剂30~70 ml(金属材料不同其消耗量会有所差别)。
   4. 建议在使用时使用压缩空气搅拌最佳，冬季加温时加热管最好采用石英管或钛钢加热管。
   5. 三价铬处理剂工作液中严禁带入六价铬和其它一些金属杂质，掉入工作液中的工件要及时打捞，用磁铁或者筛网打捞均可。
   6. 三价铬处理剂工作液中杂质离子含量Fe≦50~300 mg/L，Zn≦10~30 g/L，Al≦3~8 g/L，当杂质离子超标时，可用化学法除去，亦可用离子交换法除去。
   7. 经三价铬处理剂化学转化后，水切炉炉温在100~140 ℃，干燥时间为15~30分钟，而六价铬的干燥温度一般不高于80 ℃,超过时膜层出现裂化,影响耐蚀性,并且相应干燥时间会延长。三价铬转化膜在100 ℃以上的温度干燥时，使转化膜的结晶水失去，增强转化膜的耐候性和耐蚀性。三价铬转化膜在其加温到180 ℃时,仍能保持起原耐蚀性的80%左右。

3.结语

除了减少对环境的污染和人体的伤害外，三价铬化学转化处理剂的使用寿命周期比较长，并且其耐热性和耐腐蚀性性能比较好，对于金属的后续涂装或者其它操作有利，是替代六价铬良好选择方案。随着客户要求的不断提高以及社会的不断发展，在三价铬产品的使用上也应加强管理，做好回收与治理，把对环境的危害降到最低。

【参考文献】

[1] 刘建军.三价铬钝化技术极其最新发展[J].电镀与环保,2003,32(1):31. [2] 于元春,李宁,胡会利,等.无铬钝化与三价铬钝化的研究进展[J].表面技术,2005.34(5):7. [3] 叶金堆.新型三价铬钝化技术[J].电镀与涂饰,2006,25(7):40-43