国内外镀锌工业的发展现状1

国内外电镀锌工艺的发展现状

摘要：本文主要综述了近两年国内外镀锌工艺的研究状况。即通过研究电镀锌工艺过程中的关键因素：电流密度、不同体系镀液、引入新材料、以及提高镀锌效率、检测产品耐腐蚀性等从而不断改善镀锌工艺。并对电镀锌工艺的发展做了展望。

关键词：电镀锌；电流密度；体系镀液；高效镀锌；镀锌钢板

1引言

电镀锌也叫冷镀锌，是利用电解设备将工件经过除油、酸洗后放入成分为锌盐的溶液中，并连接电解设备的负极；在工件的对面放置锌板连接在电解设备的正极，接通电源，利用电流从正极向负极的定向移动，就会在工件上沉积一层锌。利用的是电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层，被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰【1】。因此，镀锌工艺一直是国内外长期以来研究的热门课题。本文就近几年来国内外的镀锌工艺进行了总结分析。

2 电镀锌工艺研究

近年来镀锌工艺主要从电镀的条件对镀锌耐蚀性的影响和环境友好两方面进行了研究。即从通过研究电流密度、不同体系镀液、引入新材料、高效镀锌、以及产品耐腐蚀性等手段不断改进镀锌工艺。

2.1 电流密度对镀锌品质的影响

电流密度对镀锌产品的外观和耐蚀都有重要的影响。范永哲【2】等人通过塔菲尔曲线的测量，研究了高密度电流(300 A/dm2)下镀层的耐蚀性。结果表明：采用高电流密度进行电镀，其电镀层的腐蚀电位随电流密度的增大而提高(最高可达 0.845 V) 腐蚀速率降低，耐蚀性增强。

2.2不同体系镀液对镀锌品质的影响

除电流之外，体系镀液是影响镀锌品质好坏的另外一个非常重要的因素。不同的体系不但要考虑浓度的配比，还要考虑适量的温度，pH值的大小等等。目前，国内按电镀溶液分类，可分为四大类【3】：氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。

2.2.1 氰化物镀锌

由于(CN)属剧毒，所以环境保护对电镀锌中使用氰化物提出了严格限制，不断促进减少氰化物和取代氰化物电镀锌镀液体系的发展，要求使用低氰(微氰)电镀液。采用此工艺电镀后，产品质量好，特别是彩镀，经钝化后色彩保持好。针对CN的剧毒性的严重缺点，刘晓星等【4】研究了以电镀理论为依据,对现有几种常用配位剂和添加剂进行筛选和分析,探讨将氰化物镀锌工艺向无氰化转化的方法。验证了转化效果,对镀液的均镀能力、深镀能力、镀层耐蚀性等进行了测试。转化液的均镀能力与氰化物镀锌的相比提高了9%;深镀能力与氰化物镀锌的相当;平均电流效率较氰化物镀锌提高了8%,接近于碱性锌酸盐镀锌。转化镀液稳定

性较好,镀层镜面光亮细致,镀层结合力好,镀层耐蚀能力符合国家标准。通过研究得到了

无氰转化方法得比较理想的状态，具有成本低、安全、污染少等特点,达到了电镀清洁生产的要求,可在生产中应用。

2.2．2 锌酸盐镀锌

此工艺是由氰化物镀锌演化而来的。目前国内形成两大派系，分别为：a) 武汉材保所的“DPE”系列；b) 广电所的“DE”系列。两者都属于碱性添加剂的锌酸盐镀锌，PH值为12.5~13。采用此工艺，镀层晶格结构为柱状，耐腐蚀性好，适合彩色镀锌。注意：产品出槽后—>水洗—>出光(硝酸+盐酸) —>水洗—>钝化—>水洗—>水洗—>烫干—>烘干—>老化处理(烘箱内80~90℃。袁诗璞【5】分析了锌酸盐镀锌彩钝层所出现的类似于铵盐镀锌彩钝层的变色现象。其直接原因是钝化层中夹杂的有机物造成存放期间六价铬盐转化为紫色的三价铬盐。锌酸盐镀锌彩钝层的变色受添加剂种类及其在镀液中的含量,工艺采用的阴极电流密度,镀后出光及钝化质量等因素的影响。将工件置于压力锅中蒸煮,可提前判定是否会变色。

奚兵【6】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得出锌酸盐镀锌可获得结晶细致、光亮度好的镀层，关键是前处理，除油尤其重要，必须确保工件基体表面无油污、锈迹或挂灰，即直至整个工件表面亲水，无水珠而全润湿。只有这样，才能获得质量良好的锌镀层；镀液中加入适当的添加剂，需精确控制，并加强镀液维护管理，可得到相当于氰化镀锌质量的镀层。锌酸盐镀锌工艺可以获得不亚于氰化物镀锌质量的镀层。

2.2．3 氯化物镀锌

此工艺在电镀行业应用比较广泛，所占比例高达40%。钝化后(兰白)可以锌代铬(与镀铬相媲美)，特别是在外加水溶性清漆后，外行人是很难辩认出是镀锌还是镀铬的。此工艺适合于白色钝化(兰白，银白)。袁诗璞【7】研究了氯化物镀锌液中硝酸根、铬酸根等阴离子,以及油污、光亮剂分解产物、表面活性剂等有机杂质的影响和去除方法。提出了减少有机杂质积累的若干措施,如坚持添加剂少加勤加的原则,控制好溶液组分(尤其是氯化钾和硼酸)和液温、pH等工艺条件,采用增溶性好的载体,以及研发新型光亮剂。

2.2．4硫酸盐镀锌

此工艺适合于连续镀(线材、带材、简单、粗大型零、部件)，成本低廉。王瑞祥【8】在前人的基础上比较了2 种铁丝硫酸锌镀锌体系──硼酸体系和硫酸铝体系。得到了一种环保、低成本的工艺，其镀液组成及操作条件如下：七水合硫酸锌 350 ~ 450 g/L，十八水合硫酸铝 30 ~ 40 g/L，光亮剂4 ~ 6 mL/L，pH 3.0 ~ 3.5，波美度26 ~ 32°Bé，允许温度为室温至40℃。万仁荣【9】等在高碳钢丝的高速硫酸盐镀锌电镀槽液中,采用硫锌-75作添加剂 ,以提高电流密度上限、电流效率和镀层质量。SEM、X射线衍射的试验结果表明:镀层结晶细腻 ,晶面取向优化 ,镀层柔软 ,富有延展性。生产实践表明:镀锌钢丝在拉拔过程中的锌层损耗、模具损耗和生产成本降低 ,产品质量得到了提高。图 1为镀锌层的扫描电子显微镜照片 (试验条件:pH =2.5, Jc = 20 A/cm2,室温 ,镀层厚度 20μm,基底材料为铜 )。由图 1可清楚地看出 , 1号溶液所得镀层的晶粒是由许多取向一致的薄片累叠而成 ,晶粒粗大 ,粒度达 15μm,晶形发育完整。2号溶液中所得镀层是由略呈圆柱形的块状晶体组成 ,晶粒细小,粒度约为 1～3μm,晶粒的粒度分布范围也较宽。试验现象清楚地反映了添加剂的作用。