镀锌工艺、原理及影响因素

镀锌工艺、原理及影响因素

什么是镀锌？

镀锌是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。主要采用的方法是热镀锌。

锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。锌在干燥的空气中几乎不发生变化。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。在含二氧化硫、硫化氢以及海洋性气氛中，锌的耐蚀性较差，尤其在高温高湿含有机酸的气氛里，锌镀层极易被腐蚀。锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。锌镀层经钝化处理、染色或涂覆护光剂后，能显着提高其防护性和装饰性。

镀锌工艺：

镀锌工艺主要有热镀锌和冷镀锌两类。冷镀锌又称电镀锌。这里主要讨论电镀锌。电镀锌种类繁多，五花八门。但从镀锌镀液的PH值上分，主要有两在类：碱性镀锌和酸性镀锌。

碱性镀锌

碱性镀锌工艺是指镀液的PH值是碱性。但因络合剂不同，又分为氰化物镀锌和锌酸盐镀锌两种。氰化物镀锌是个很古老的镀种。镀液中主要有三种成分：主盐氧化锌，络合剂氰化钠和导电盐氢氧化钠（俗称火碱）。早期的氰化镀溶液中是没有光亮剂的。随着人们审美要求的提高，又在氰化液镀锌溶液中加入了起光亮作用的光亮剂。氰化镀锌工艺稳定，镀层细致。镀液分散能力好。根据氰化钠含量的多少不同，又分为高氰，中氰和低氰镀锌三种。氰化镀锌的最大缺点是毒性太大，对环境危害严重。

锌酸盐镀锌是近30年来发展较快的镀锌工艺。它的主要成分是主盐氧化锌，络合剂兼导电盐氢氧化钠（俗称火碱）。为了获得细致的分散能力好的光亮镀层，还要加入光亮剂。国内锌酸盐镀锌的主要发展时期是20世纪70年代的大搞无氰镀锌年代，着名的DPE镀锌工艺和DE镀锌工艺一直使用着。这种工艺虽然比不上氰化镀锌工艺的稳定、细致。但它的最大优点是无氰。对环境的危害要小的多。锌酸盐镀锌有了新的发展，起泡和脆性等缺陷得到了克服，分散能力大为改进，可以和氰化镀锌比美。

酸性镀锌

镀液的PH值在4-6。20世纪70年代大搞无氰镀锌的第二个成果便是无氰氯化铵镀锌。与锌酸盐碱性镀锌并驾齐驱。它以氯化锌为主盐，氯化铵为络合剂及导电盐。柠檬酸，氨三乙酸为辅助络合剂。聚乙二醇和硫脲作镀层细化剂。从这种镀液中获得的镀层细致，分散能力好。镀液毒性小。但缺点主要是镀液不稳定，散

发出来的氯化铵气体对电镀设备腐蚀性很大。电流效率也较低。对杂质敏感性强。工作温度范围窄。现已基本上被氯化钾镀锌工艺所淘汰。

氯化钾（或氯化钠）镀锌工艺

氯化钾（或氯化钠）镀锌工艺是20世纪80年代发展起来的一种全新无氰镀锌工艺。它主要成分为：氯化锌主盐，一般使用含量为70-90g/L。氯化钾作导电盐，使用含量从140-280g/L不等，根据不同需求可任意调整。硼酸作PH值缓冲剂，以稳定PH值在4.6-5.6之间。由于这种镀液是在室温条件下工作，硼酸的溶解度不高，一般含量控制在25-30g/L。

单独靠这三种成分是镀不出合格锌镀层来的。还要加入一些添加剂才能获得光亮、细致的镀锌层来。氯化钾镀锌的优点是镀液稳定、镀层光亮细致且成本低、电流效率高、无毒。缺点是镀液的分散能力比碱性镀锌稍差，镀层的脆性也较大。尽管如此，氯化钾镀锌一面世，立刻普遍受到欢迎。发展十分迅速，已占据镀锌的半壁江山。从市场上看，镀锌工艺主要是两个镀种：碱性锌酸盐和酸性氯化钾镀锌。其他镀锌工艺均已相形见绌，缓慢退出历史舞台。

酸性镀锌工艺中还有一种硫酸盐镀锌工艺。它的主要成分是主盐硫酸锌。含量在250-500g/L之间。明矾或硫酸铝作导电盐。含量在30-50g/L之间。导电盐也有加入硫酸钠或氯化钠的。除了上述几种外，还要加入一些添加剂，作用是使镀层细致。最早是采用煳精或树胶，后来发明了一些专用光亮剂使镀层更加光亮细致。硫酸盐镀锌的最大优点是可使用较大电流密度(1-5A/dm2)，镀速快。但缺点是镀液的分散能力很差，不宜用来镀较复杂工件。

由于它的特殊性，硫酸盐镀锌主要用在镀铁丝、钢带、钢板等形状简单，连续化生产性强的行业。除了上述几种常用的镀锌工艺外，还有焦磷酸盐镀锌、氟硼酸盐镀锌、羟酸盐镀锌等工艺，但应用不多，不再介绍。

镀锌原理：

在盛有镀锌液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，镀锌液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入镀锌液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。镀锌时，阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。

镀锌的影响因素：

在实际生产过程中，影响镀锌速度及质量的常见因素有：

(1)前处理不彻底。工件表面有氧化膜，影响锌的正常沉积。

(2)导电不良。电流在导线上消耗，分配到工件表面的电流过小。

(3)工件含碳量高。高碳钢、铸铁件等会降低氢的析出电位，工件表面析氢加速，电流效率降低。

(4)工件绑扎过密。镀锌时工件局部遭到屏蔽而导致镀层过薄。

(5)镀液温度偏低。当镀液温度偏低时配送的电流密度相应降低，镀层的沉积速度也必然降低。

(6)镀液中氢氧化钠含量偏高。氢氧化钠含量偏高时电流效率相应降低。

(7)镀液中添加剂含量偏低。添加剂含量偏低会影响分散能力，镀层局部显得过薄。

(8)受镀件面积估算不足，施镀时配送的电流密度显得过小。

(9)工件悬挂方法不当，与锌阳极间距过大，应调整位置。

(10)工件过腐蚀。降低氢的析出电位，工件表面析氢加速电流效率降低，从而影响锌的沉积速度。应在酸洗溶液中加入适量的缓蚀剂，局部处氧化皮过厚先用机械法除去，酸洗过程中多作检查。

(11)阳极钝化。有效面积减少，影响电流的正常分布。

(12)氢氧化钠含量偏低。若氢氧化钠含量偏低时，电流密度提不高，阳极钝化。