影响锌酸盐镀锌质量的原因浅析

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影响锌酸盐镀锌质量的原因浅析

奚兵

（常州市荆川里小区12丙201，江苏 常州 213015）

摘 要：分析了镀前处理、镀液成分、杂质、操作条件对锌酸盐镀锌质量的影响，并给出了相应的解决办法和措施。介绍了各工序操作中应注意的问题及镀液维护的参数范围。实践表明，锌酸盐镀锌工艺可以获得不亚于氰化物镀锌质量的镀层。 关键词：锌酸盐镀锌；前处理；镀液维护；镀层质量 中图分类号：TG178; TQ153.15

文献标志码：B

文章编号：1004 – 227X (2009) 10 – 0012 – 03

Analysis on causes affecting deposit quality of zincate zinc plating // XI Bing

Abstract: The effects of pre-plating treatment, bath composition, impurities and operation conditions on the deposit quality of zincate zinc plating were analyzed. Some corresponding solutions and measures were suggested. The problems needing attention in process operation and the parameter range of bath maintenance were introduced. The practice shows that the quality of deposit obtained by zincate zinc plating is no worse than that by cyanide zinc plating. Keywords: zincate zinc plating; pretreatment; bath maintenance; deposit quality

Author’s address: Flat.201, The Third Unit, No.12 Building, Jingchuanli Residential Quarter, Changzhou 213015, China

1 前言

锌酸盐镀锌是在传统氰化物镀锌基础上发展起来的环保型镀锌工艺之一。经过近40年的研究和实践，目前市售的无氰碱性镀锌添加剂和光亮剂均可获得结晶细致光亮、结合力好的镀层，不亚于氰化镀锌质量，且适应在不同的基材上电镀，达到了现代工业生产的要求。

锌酸盐镀锌由于不使用剧毒的氰化钠，金属浓度低，所以有利于清洁生产，只要调整pH ，锌就很容易变成氢氧化锌而沉淀，易于回收再利用，且成分简单，易于管理。但是，无论有氰还是无氰电镀，在生产过程中都会出现镀层的质量问题，其原因往往是镀液中成

收稿日期：2008–10–08

修回日期：2009–01–20

作者简介：奚兵（1935–），男，江苏苏州人，长期从事金属表面处理工作。 作者联系方式：(Tel) 0519–86972150。

分比例失调或受有害杂质干扰及前处理不良等因素所致。本文拟就影响锌酸盐镀锌质量的原因加以分析讨论。

2 镀前处理

2. 1 除油

与氰化镀液相比，锌酸盐镀液的除油能力是很差的，所以，即使是碱性镀液，对除油也应该重视。如果工件除油不良，镀层就容易起泡，影响结合力。对于挂镀，工件最好经过电解除油或超声波除油。如果选用化学除油，需要二次除油，第二次应在另设的除油液中进行，该除油液必须保持清洁。对于油污较重的工件，应当先用有机溶剂清洗，然后再进行除油。

除油是否合格，最简单的方法是看从清洗水中取出的工件表面的水膜。如果其表面水膜是连续(亲水)的，则除油合格；如果工件表面出现水珠状现象，即有不润湿的地方，则说明除油不良，必须重新除油。 2. 2 酸洗

酸洗不良或不当同样会导致镀层起泡。由于水和氧的作用，工件表面会被腐蚀，其腐蚀产物是金属氧化物(生锈)，所以工件经上述工序除油后，必须进行酸洗处理，防止其影响镀层与基体的结合力。实践表明，不同基材需采取不同的酸洗方法。首先应了解待镀产品的材质，然后合理地选用酸洗液组分进行酸洗处理，否则可能会发生质量故障。例如，某企业采用锌酸盐镀锌试镀一种出口产品样件，结果镀层起泡，部分呈粉状，前处理酸洗与其他工件一样为常规工艺。后经核实，该产品的材质为硫磷钢。由于酸洗中盐酸浓度过高，使工件基体组织中的硫、磷元素形成晶界偏析，在碱性镀锌过程中大量析氢，影响了镀层的结合。因此，锌酸盐镀锌工艺要求：碳素钢可以用体积比1∶1的盐酸溶液酸洗；弹簧钢宜用质量分数为15%的硫酸溶液浸蚀；铸铁件应在硫酸和氢氟酸混合液中除锈；硫磷钢只能用低浓度(体积比约1∶2)盐酸水溶液处理，以防止工件基体表面的硫、磷的偏析，避免

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镀层起泡。

此外，钢件在酸洗过程中会产生渗氢现象。如果渗氢严重，镀层会起泡或脱落，所以酸洗时间不能太长。特别是高碳钢，因为其表面有碳富集区，如果碳游离析出而附着在工件表面呈挂灰状，则会严重影响镀层结合力，甚至局部镀不上锌层。 2. 3 活化

工件经除油、酸洗后，其表面会生成一层氧化膜，这将影响镀层结合力。因此，镀锌前还需用质量分数为5%的盐酸溶液进行弱腐蚀(活化)，除去工件表面氧化膜，使基体表面产生微腐蚀作用，暴露出金属的结晶组织，加强机械互锁作用，以提高镀层与基体的结合力。 2. 4 预浸

由于锌酸盐镀液是强碱性的，如果工件经上述工序酸洗、水洗后就进行电镀锌，此时表面呈微酸性，与碱液反应时容易使镀层发花，所以镀前必须在30%(质量分数)的氢氧化钠溶液中预浸，不用清洗直接进槽电镀。这样既可以消除或减轻镀层发花现象，又可防止因长期带入氯离子而造成镀液的污染。

3 镀液成分

3. 1 氧化锌

无氰碱性镀锌液中ZnO 是主盐，其质量浓度对镀液性能影响很大。镀液中锌的质量浓度一般维持在8 ~ 13 g/L ，较佳值为10 g/L 。锌质量浓度高则电流效率高，但镀层光亮范围变窄，容易造成镀层起泡、结晶粗糙、疏松等质量故障；质量浓度过低时，电流密度范围缩小，沉积速度慢，镀层薄、易起泡。因此，生产中必须严格控制氧化锌质量浓度在工艺范围内，夏季可稍高些(即工艺参数上限)，冬期应该低些为宜，但不能低于8 g/L 。 3. 2 氢氧化钠

锌酸盐镀液中氢氧化钠质量浓度应维持在90 ~ 150 g/L ，较佳值为110 g/L 。NaOH 的主要作用是与锌离子形成稳定的锌酸盐，同时起到促进阳极溶解和提高镀液导电性能的作用。因此，当NaOH 质量浓度过低时，阳极易钝化，镀液导电能力降低，阴极电流效率下降，沉积速度慢，镀层无光泽，镀液易产生白色沉淀物；NaOH 质量浓度过高时，阳极溶解快，镀液中锌离子浓度增大，镀层结晶粗糙、毛刺、发暗或呈青灰色斑点，且钝化膜不亮。

对于氢氧化钠和氧化锌在锌酸盐镀液中的比例，挂镀应保持10∶1(浓度比)，滚镀应保持在12∶1。但NaOH 质量浓度上限值为150 g/L ，如果镀层起泡，可适当提高NaOH 质量浓度。 3. 3 添加剂

只用上述氧化锌和氢氧化钠形成的锌酸盐溶液电镀，得到的镀层呈粉末状，即除了金属锌外，还有其他析出物。在其中加入适量添加剂则变成全金属锌，而且镀层结晶细致、光亮和平滑。但是添加剂加入量过多，会造成镀层夹杂严重，使镀锌层发脆，阴极极化增大，引起初始状态渗氢过多，容易产生镀层起泡等故障。因此，对于添加剂的维护管理十分重要。首先是选择品牌优良的添加剂，其次是严格控制添加量。市售无氰碱性镀锌光亮添加剂用法不同，要仔细阅读产品说明书，避免搞错。除了配制镀液按量加入外，日常维护管理应根据生产量及槽液容量和班次而酌情补加。如两班制，每周补加2次，每次1 ~ 2 mL/L 。最好是按照通电电流大小和时间来计量补加，并以少加勤加的方法进行维护管理。

4 杂质积累

4. 1 有机杂质

无论采用什么方法补加光亮添加剂，镀液中总会存在一些无用的有机物，即杂质。这是因为碱性镀锌添加剂是由有机胺或环氧氯丙烷在一定温度条件下反应获得的，其反应产物并不是都会在电镀过程中起到好的作用，而有相当一部分是无用，甚至有害的，这就是有机分解产物。这种有机杂质的存在会使镀层起泡，光亮度不均匀。因此，需对镀液进行定期净化处理，在生产正常情况下，每月1次，可用5 g/L 专用无氰活性炭吸附处理，或用常规双氧水处理后用活性炭吸附，过滤除去。 4. 2 金属杂质

镀液在配制时使用了不纯的化工原料或生产过程中由外界带入的异类金属杂质(如铁、铜、铅等)，会对镀层质量产生影响。但去除杂质(包括有机杂质)的方法较简单而有效，如铁等是以氢氧化物形式悬浮在镀液中，只要经常过滤即可除去。具体金属杂质对镀层的影响及去除方法如下：铁杂质离子质量浓度积累到5 g/L 时，低电流密度区镀层呈黑色，纯化处理也不会好转；铜杂质离子质量浓度达到3 g/L 时，镀层发白，钝化或醋酸浸渍后变黑；铅杂质离子质量浓度达

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