[发明专利]一种热镀锌低温镀液及其制法和应用

说明书

一种热镀锌低温镀液及其制法和应用，属于材料表面处理领域。该热镀锌低温镀液含有的成分及其质量百分比为：Mg 2～4％，Bi 2.8％～5.8％，Sn 0～2.2％，Sb 0～1.8％，余量为Zn及不可避免的杂质。热镀锌低温镀液采用分段加热模式制备，以制备的热镀锌低温镀液对镁合金、铝合金或钢材镀件进行热镀锌，先将镀件进行除油，低浓度硝酸活化后，再进行垂直浸镀，浸镀过程中，镀液温度为360～390℃，浸镀0.1～3min，取出后，先空冷后水冷，得到热镀锌的镀件。通过该方法浸镀，能够大幅提高镀件的耐蚀性，并极大减少的燃烧成本，提高了能源效率，此外，该工艺方法不需要预镀中间层，操作简便，工作效率高，绿色环保。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种热镀锌低温镀液及其制法和应用。

背景技术

镁合金密度小、比强度和比刚度高，兼具良好的阻尼减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能等。基于上述优点，镁合金在航空航天、汽车行业、电子工业等领域具有广阔的应用前景。但与此同时，镁合金也存在着明显的不足之处，尤其是较差的耐蚀性，极大影响和限制了其相关产业的发展。因此，为了解决镁合金的腐蚀问题，扩大镁合金的应用范围，表面处理技术仍需深入研究。

目前可用于提高镁合金耐蚀性的表面处理主要包括：阳极氧化、有机涂层、气相沉积、离子注入、电镀和化学镀等。但以上方法均存在一定的局限性，如阳极氧化所得膜层的均匀性较差，且膜层是一种脆性陶瓷材料；有机涂层在较强的腐蚀环境或高温作用下对基体的保护效果有限，在燃烧时会释放有毒气体；气相沉积的设备昂贵，不利于大规模工业生产；离子注入的成本较高，获得的改性层厚度较薄；电镀和化学镀受到镁合金高电化学活性(氧化倾向)的限制，形成的镀层较为疏松。

热浸镀是一种利用固液反应形成镀层的金属防护方法，在工业上已得到广泛应用。与其它的表面处理相比，热浸镀工艺简单、生产效率高，制备所得镀层较厚，镀层与基体呈冶金结合，附着力良好，镀层致密，防护效果好。但该工艺目前主要以钢铁材料为基体，极少针对其他金属(如镁合金)进行热镀锌工艺研究，其主要原因为基体材料的种类对于热镀锌工艺条件影响显著，而传统的热镀锌工艺仅仅是针对钢铁适用，而对其他基体材料则无法获得镀层。以钢铁与镁合金为例，钢材的熔点一般高于1500℃，而镁合金的熔点一般为650℃，且镁合金远比铁活泼。因此，镁合金的热镀锌工艺研究存在极大的难题与挑战，热镀锌镀液的选择，镀件表面预处理方式，浸镀工艺参数的制定和后冷却处理方式等问题均未得到解决。

目前有学者通过预先制备中间镀层，如预先电镀镍、铜等，最终在镁合金表面获得镀锌层，但此种工艺繁琐，在电镀过程产生大量的废液，包括碱式碳酸镍或硫酸镍，次亚磷酸钠或硼氢化钠、柠檬酸钠或醋酸钠，氢氟酸或氟化氢铵，焦磷酸铜和氢氟酸等，这些废液将对环境产生严重的化学污染。此外，所采用的浸镀温度均在430℃以上，而热镀锌所使用的锌锅容量均较大，含锌量高达百吨以上，燃烧成本极大，能源效率低。若能在保证镀液流动性和镀层质量的前提下，降低浸镀温度，能够极大程度节省成本，减少资源浪费。

发明内容

针对目前镁合金耐蚀性不足及现有镁合金热镀锌工艺中的问题，本发明提供了一种热镀锌低温镀液及其制法和应用，该方法提供了一种特殊成分的Zn-Mg-Bi-Sn-Sb热镀锌低温镀液，并针对镁合金热镀锌的工艺特点，将其用于镁合金热镀锌工艺，其采用特定的表面预处理，60～100g/L碳酸钠除油，2％～4％硝酸浸泡5～20min，浸镀温度为360～390℃，浸镀时间为0.1～3min，冷却速率为12～70℃/s，在远低于常规热镀锌工艺中的浸镀温度下获得镀层性能优良的镁合金热镀锌层，能够大幅提高镁合金的耐蚀性，并极大减少的燃烧成本，提高了能源效率，此外，该工艺方法不需要预镀中间层，还可以用于铝合金和钢铁等材料的热镀工艺，操作简便，工作效率高，无需使用大量的化学制品，绿色环保，减少了对环境的污染，具有广泛的推广前景。

一种热镀锌低温镀液，其含有的成分及各个成分的质量百分比为：Mg为2～4％，Bi为2.8％～5.8％，Sn为0～2.2％，Sb为0～1.8％，余量为Zn及不可避免的杂质。