專利名稱：鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法
技術領域：
本發明是為了在鍍鋅鋼件表面施以有色鍍層以增加抗蝕能力、利用一定范圍內的電壓、電流以及在常溫條件下進行的交流電鍍方法。電鍍過程中水溶液所添加的金屬鹽可使鍍鋅鋼件的鍍鋅層表面附著一有色鍍層，借該有色鍍層改善鍍鋅鋼件的美觀性及增強其抗蝕性。
鋅金屬本身為非常活潑的兩性金屬元素、具有犧牲防蝕能力，所以很多鐵構件的商業產品如家電產品、汽車外殼、橋梁結構、電力輸配等設備皆大量采用鋅為防涂層，由于鋅層表面涂層質軟易受磨蝕，且鋅層受氧化后產生氧化鋅時與鐵材的附著性更差而易剝離鐵材;此外，傳統鍍鋅鋼件外觀皆為銀白色，缺乏美觀，在須具有觀瞻性的配件上使用更受到限制;有鑒于此，為改善鋅涂層表面色澤及抑制表面鋅層消耗，目前采用的解決方法有(一)金屬化成處理;(二)涂裝處理;(三)在熱浸鍍鋅過程中添加鈦、鎂、錳等元素產生干涉性皮膜合金;(四)電化學著色處理等。然而，上述方法各具有以下缺點;
(一)金屬化成處理其包括磷酸鹽處理法、鉻鹽酸處理法、硫化法等。雖然金屬化成處理目前被使用在加強鍍鋅鋼件的抗蝕處理上，但其主要缺點為鉻酸鹽及硫化物有劇毒性，而磷又不易分解會造成環境污染，且在重腐蝕地區如沿海一帶，其防蝕效果差。
(二)涂裝處理所采用油漆樹脂等種類頗多，如PVC樹脂、壓克力樹脂、環氧樹脂等，而經涂裝的鍍鋅鋼件在暴露后常會發生涂層剝落現象，特別在剛鍍鋅即上漆的鋼件上，漆和鋅層表面粘附更是欠佳。
(三)在熱浸鍍鋅過程中添加鈦、鎂、錳等元素產生干涉性皮膜合金此方法合金產品的均一性與再現性仍待克服，而產生的干涉皮膜較薄，耐磨性差。
(四)電化學著色處理1962年加拿大COMINCO公司首先開發出鋅陽極處理程序(APCF)，利用鉻酸鋅與磷酸銨鋅電解液，經陽極處理，電壓提升至200V產生綠色皮膜。1971年美國訂出鋅與鋅合金陽極處理皮膜的海軍規范，其中訂出APCF(產生綠色)、SSC(產生淺灰色)、SSCV(產生深灰色)、SSMn(產生棕色)等四種顏色皮膜處理程序，該制程中采用鉻酸鹽、氫氟酸、高錳酸鹽等高腐蝕性及毒性溶液，極易造成環境污染。
本發明人鑒于目前實施鋅層著色及其鍍層厚度不足問題，探討鋼材上施以鍍層并進行特定顏色著色技術，從而提出本發明;本發明主要提供了純鋅、熱浸鍍鋅、電鍍鋅、壓鑄鋅、熱熔射鋅等鋅層的著色及加厚鍍層的技術方法，以達到鍍鋅層具有附著性、微硬度及抗腐蝕性效果良好。
以下為本發明方法的具體說明
圖1示出二階段電鍍過程中電壓及電流密度在每一階段的范圍;
圖2為本發明方法實施后的樣件經電子顯微鏡放大后的照片。
本發明方法使用交流電供電器，以鍍鋅鋼件為電極，鍍液為氫氧化鈉15-20g/l、硅酸鹽150-200g/l、鈷鹽5-50g/l的混合液組成。如圖1所示，第一階段以頻率為10-120Hz的定電壓約60-120V處理3-7分鐘，此時鍍鋅鋼件表面因氧化而生成均勻黑色薄層，第二階段再提高電流密度使電位上升超過火花電位，這時鍍鋅鋼件開始放散火花，火花迫使溶液中的金屬鹽(鈷鹽)離子化而游離附著于鍍鋅鋼件上，此階段以定電流密度20-80Amp/dm2處理8-12分鐘，鍍液溫度控制在20-30℃常溫，最后鍍鋅鋼件生成一藍色著色鍍層。經處理后的鍍鋅鋼件用清水沖洗干凈，再予以干燥處理，則可得到約20μm的均勻厚度的鍍層。
圖2為已實施著色鍍膜處理的樣件，經顯微放大1500倍所照。由照片中可明顯看出鋼件1附著的鋅層2及最上層的著色鍍層3。
在上述方法中，混合液的金屬鹽為著色的影響因數，除鈷鹽5-50g/l可生成藍色色層外，亦由實驗中發現5-20g/l的錳鹽可呈現棕色色層，而5-15g/l的鉻鹽為綠色、2-15g/l的鐵鹽為白色、20-40g/l的錫鹽為灰色等不同色層;不同的金屬鹽在混合液中具有不同含量。
經上述發明方法所得附著有色鍍屋的鍍鋅鋼件，不但具有不反光的有色鍍層，且增加了耐腐蝕能力，由以下實驗中可證明實施有色鍍層附著后的效果;
將長50mm、寬30mm及厚2mm的純鋅試片，浸漬在10%氫氧化鈉中2分鐘，脫脂后以去離子水沖洗，其后將其浸于10%鹽酸中2分鐘，將表面雜質去除后再以去離子水沖洗。試片分別吊掛于含有硅酸鹽150-200g/l、氫氧化鈉15-20g/l，鈷鹽5-50g/l的鍍液中作為兩極板，試槽溫度控制在20-30℃，第一階段以60-120V定電壓方式處理3-7分鐘，會有黑色鍍層發生，第二階段控制電流密度在20-80Amp/dm2間，處理8-12分鐘，鍍層隨通過電流慢慢生成為藍色均勻的鍍層。取出試片用水沖洗干凈，放入80℃恒溫箱中10分鐘，則得到一均勻的、不反光色澤的藍色鍍層，鍍層厚約20μm。
完成鍍膜的試片經測試得到以下結果(一)鹽霧試驗具有著色鍍層的試片經1000小時鹽霧測試，其表面仍良好，無銹點產生。而普通鍍鋅厚度為100μm的鋼件，經50小時測試出現白銹，150小時則出現黃色銹點。
(二)浸入3%鹽水中作腐蝕電位測試具有著色鍍層的試片較一般熱浸鍍鋅試片腐蝕電位上升400MV。
(三)微硬度測試具有著色鍍層的試片硬度在100VHN以上，較純鋅面增加20%。
(四)方格剝離試驗具有著色鍍層的試片，鍍層附著性良好，不易剝落。
由此，得知以本發明方法實施后的鍍鋅鋼件克服了目前鍍鋅鋼件的缺點，并具有下述特色及優點1.改變單調的銀灰色而成為數種特定色層，增加了環境美觀。
2.增加了鍍鋅層的抗蝕能力，可防止白銹產生。
3.不反光，從任何角度觀察，色調一致。
4.電鍍層厚度均勻。
5.顏色鍍層厚度可達20μm以上。
6.不造成污染。
因此，綜述本發明方法所得到的效果，不僅提供了涵蓋純鋅、熱浸鋅、電鍍鋅、熔射鍍鋅及鋅鑄件等鍍鋅鋼件的表面良好著色及鍍層外，亦增加了其耐蝕性，且改進了目前的鍍鋅著色技術及克服了鍍層不足的缺點，使鍍鋅鋼件在制品上使用更為廣泛。
權利要求
1.一種鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，其特征為，利用交流電源在一含有硅酸鹽150-200 g/1、氫氧化鈉15-20 g/1、鈷鹽5-50 g/1之鍍液中，以頻率10-120 Hz的定電壓60-120 V、定電流密度在20-80 Amp/dm2范圍內，以二階段方式在常溫20-30℃間進行處理，使鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層。
2.如權利要求1所述的鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，其特征在于，所述水溶液中金屬鹽成分可為鈷鹽5-50g/l、錳鹽5-20g/l、鉻鹽5-15g/l、鐵鹽2-15g/l或錫鹽20-40g/l而使鍍層呈特定色層。
3.如權利要求2所述的鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，其特征在于，所述水溶液中金屬鹽所影響的鍍鋅表面色層分別是錳鹽為棕色、鉻鹽為綠色、鐵鹽為白色、錫鹽為灰色。
4.如權利要求1所述的鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，其特征在于，所述二階段方式電鍍的第一階段是以頻率10-120Hz的定電壓約60-120V處理3-7分鐘。
5.如權利要求1所述的鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，其特征在于，所述二階段方式電鍍的第二階段是以定電流密度20-80Amp/dm2處理8-12分鐘。
6.如權利要求1所述的鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，其特征在于，所述鍍鋅鋼件表面的有色鍍層的厚度約為20μm。
全文摘要
鍍鋅鋼件表面附著有色鍍層的方法，利用交流源，在10—120Hz、60—120V、20—80Amp/dm
文檔編號C25D9/04GK1088633SQ92114959
公開日1994年6月29日 申請日期1992年12月21日 優先權日1992年12月21日
發明者吳曼源, 施漢章, 鄭錦榮 申請人:臺灣鍍鋅股份有限公司