线材硫酸盐连续镀锌光亮剂的研究

线材硫酸盐连续镀锌光亮剂的研究

林　衍　陈国良

(漳州师院化学系　邮编:363000)

Studies on the Brightener of Continuous Zinc E lectroplating on

Steel Wires in Sulfate Solutions

LIN Yan　CHEN Guoliang

摘要

线材连续镀锌工艺常用于钢丝的防腐处理。为解决传统工艺中所存在的镀层质量问题,研制出一种专用于线材硫酸盐镀锌的组合光亮剂。该光亮剂由主光亮剂、载体光亮剂和辅助光亮剂组成。通过赫尔槽试验,电流效率及阴极极化曲线的测量研究了该光亮剂的作用效果。结果表明:使用该光亮剂能提高镀液的电流效率,且在很宽的电流密度范围内获得光亮、耐蚀的锌镀层。

关键词:镀锌　光亮剂　连续镀　硫酸盐　线材

Abstract:C ontinu ous zinc plating has been used in steel wires for corrosion protection for its low cost and sim ple process.T he purpose of the study was to im prove properties of the traditional zinc electrodeposits.A combined brightener used for sulfate zinc electroplating on steel wire was developed which consisted of main brightener, carrying brightener and auxiliary brightener.The action of the combined brightener was studied by Hull Cell test,the determination of cathodic current efficiency and polarization curves.The results show that by using the brightener,current efficiency is im proved and bright,corrosion resistant zinc deposits are obtained at a wide current density range.

K eyw ords:zinc plating,brightener,continuous plating,sulfate,steel wires

1　引言

不加钝化的线材连续镀锌工艺简单、成本低,因而一直被用作钢丝的防腐蚀处理。这类镀锌绝大多数采用以硫酸锌为主盐的弱酸性溶液[1],可用于很高的电流密度,具有电流效率高、能耗少、镀液极稳定,便于维护等优点。传统的这类线材连续镀锌液,普遍采用阿拉伯树胶或再添加少量硫脲作添加剂,以改善镀层粗糙度。但却存在一些问题,如镀层易发黄,白亮度欠佳,结晶欠细致,而且镀层中夹有硫,使镀层的耐蚀性下降,难以满足生产要求。从93年起,我们籍助氯化钾光亮镀锌的研究成果,开始研制该类光亮剂,并结合线材连续镀锌生产实践,不断改进添加剂配方[2～4],本文介绍高浊点,高耐盐性,高光亮的线材连续镀锌工艺及专用光亮剂的研制。

2　实验方法及仪器

采用267ml赫尔槽和晶体管直流稳压电源进行赫尔槽实验。用动电位扫描法测定阴极极化曲线,用DD-2型电镀参数测试仪测定电流效率,结果用L23-2000X-函数记录仪记录,实验用H型玻璃电解槽,研究电极和辅助电极均为Pt片,参比电极为饱和

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4

・　Jun.1999 E lectroplating　&　Finishing V ol.18N o.2

甘汞电极(SCE)。采用“计时电位法”[5],依η

=(Iata

Ictc

)×100%,在DD-2上测定镀液的电

流效率。实验中除镀液性能测试采用分析纯药品和蒸馏水外,其它均为工业级药品和自来水配制。

3　实验结果与讨论

311　组合光亮剂的筛选

众所周知,在无添加剂的硫酸盐镀锌液中沉积出的锌层是粗糙无光的,这与锌电极的电化学反应速度常数(k)很大有关,如锌在1M ZnS O4体系中的k高达315×1023 cm/s。欲获得光亮细致的镀锌层,必须降低锌电极反应的速度。采用有机组合添加剂是目前最常用的一种方法。

据报道[6],新型的硫酸盐镀锌添加剂同弱酸性氯化钾型镀锌添加剂一样,一般也是由载体光亮剂,主光亮剂和辅助光亮剂组成。

31111　主光亮剂的筛选

主光亮剂除了对镀层光亮度,晶粒细化起作用外,还要具有相当的稳定性,避免镀层产生脆性,文献[7]中一般都用含有羰基的芳香族化合物作主光亮剂。笔者的试验表明,对于硫酸

盐镀锌,其中以C 0

OH,C

CH3效果最

好。值得强调的是,在弱酸性氯化钾型镀锌液中性能优异的芳香酮族化合物在硫酸盐镀锌液中同样能起到很好的作用。本添加剂亦选用苄叉丙酮作主光亮剂。实验结果表明,苄叉丙酮在硫酸盐镀锌液中的溶解性比在氯化钾镀液中还要差,因此,选好载体光亮剂,提高苄叉丙酮在镀液中的溶解性,并使它们能彼此匹配,协调,是本研究成功与否的关键。

31112　载体光亮剂的筛选

载体光亮剂的作用主要是提高主光亮剂在槽中的溶解度,增大高电流密度区的阴极极化,改善镀件表面的湿润性。文献[7]中用非离子型或非离子型和阴离子型表面活性剂配合作载体光亮剂,如环氧乙烷的聚合物及其与环氧丙烷的共聚物,脂肪醇聚氧乙烯醚,烷基胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚等高级醚类以及烷基硫酸盐,烷基磺酸盐等。实验表明,氯化钾镀锌中的一些载体光亮剂并不适用于硫酸盐镀锌,其缺点主要是载体光亮剂配比很高,光亮电流密度范围窄,在稍高浓度的镀液中容易析出,导致镀液浑浊,镀层粗糙,有麻点,光亮度差等。通过大量试验,我们最终寻找到一种性能优异的载体光亮剂。在硫酸盐镀锌液中,该载体光亮剂对主光亮剂苄叉丙酮具有很好的溶解性。即使硫酸锌含量高达550g/L,本添加剂仍能均匀溶解,具有相当高的耐盐性,此外,该载体光亮剂对增大高电流密度区的阴极极化效果良好。

31113　辅助光亮剂的筛选

辅助光亮剂的作用通常是扩大光亮电流密度范围,尤其是提高低电流密度区的阴极极化及光泽度。文献[7]中常用的有含苯环的脂肪酸及含氮杂环化合物等,如苯甲酸钠、肉桂酸、β-苯基丙烯酸、烟酸、苯骈三氮唑和萘醛缩合物等。对硫酸盐镀锌,合适的辅助光亮剂与主光亮剂配合,可显著提高线材产品的光泽度。此外,添加少量合适的辅助光亮剂还能减少主光亮剂的用量及消耗。在筛选辅助光亮剂时,要求其电极分解产物不影响电沉积过程的进行。否则将影响镀液和镀层的性能。

依据上述思路,我们对上述各类光亮剂进行大量的试验,以确定采用与否及配制方式、配比量,然后进行小试、中试,经不断改进,终于筛选出一种最佳硫酸盐型线材连续镀锌组合光亮剂。

312　镀液组分和工艺规范

通过赫尔槽试验优选出如下镀液组成和工艺参数(见表1)。

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1999年6月 电镀与涂饰 第18卷第2期