电镀锌基合金的研究及应用概况.doc

电镀锌基合金的研究及应用概况 电镀锌基合金的研究及应用概况 曾祥德 (新都高新电镀环保工程研究所,四川成都,610500) 摘要：介绍国内外电镀锌基合金的研究及应用情况及其发展。 关键词：锌合金;电镀;发展 1·国内外电镀锌基合金的研究概况 电镀锌基合金是以锌为主要成分并含有少量其它金属的合金镀层,如Zn-Fe、Zn-Ni、Zn—Co、Zn-Ti、Zn-Cr、Zn-Mn以及 Sn-Zn等。它们的共同特性是具有良好的防护性能,故称之为高耐蚀性合金镀层。其中研究较多、应用较广的是Zn-Fe、Zn-Ni、Zn-Co合金。 Zn-Fe合金主要用于取代普通镀锌,氰化镀锌与热浸镀锌,近年又作为装饰铬底层的节镍镀层;锌镍合金多用于取代氰化镀镉,更加适合于耐海洋气候的腐蚀; 锌钴合金多用作代铬镀层,以消除对环境的污染与人体的危害。在这3种合金镀层中,成本较高的是Zn-Co,Zn-Ni次之,Zn-Fe最低。以电镀Zn- Fe合金应用最广泛。 电镀锌铁合金的研究,国内外都始于20世纪50年代。在国外,当时曾有人从氯化物锌铁槽内得到镜面光亮的锌铁合金镀层,想以此代替亮镍镀层而节约金属镍。由于所用电流密度相当高,低于6A/dm2 时,所得镀层粗糙不平,难以用于生产。20世纪70年代由于汽车工业的高速发展,日、美等汽车出口国,考虑到他们的汽车车体钢板是以镀锌层作为涂装底层, 满足不了汽车在高寒及盐砂地带行驶的防护性能要求,于是加强这一领域的研究,取得突破性进展,很快用于汽车工业,逐步扩展到电子、电器等工业领域。 国内在20世纪50年代,当时镍依靠进口而又受到限制,为寻求代镍层,有人从焦磷酸盐镀液得到的镀层,作镀铬的节镍底层,但需抛光或镀铜后才能套铬,工序繁杂,电镀工艺要求严格,镀液也常出现故障,因而未用于生产。80年代末国际市场镍价成倍上涨,波及国内市场,于是再次出现锌铁合金研究热潮。 在锌铁合金镀液酸碱两体系的研究中,资料介绍:酸性体系以ZF为光亮剂的氯化物锌铁合金工艺,从1992年应用至今,15年来一直受到青睐,得到广 泛应用。工艺研究者系某中型国企的一位从事电镀技术多年的高级工程师(即本文作者—编者注)。他联系自己的工作实际,认为镀锌层的防护性能急需提高,以满 足产品对防护性能的新要求。国外20世纪80年代出现的锌系合金取代镀锌广泛用于汽车工业的报道引起了他的兴趣,于是开始查阅国内外表面工程文献中有关锌 系合金的介绍。国外文献报道简单。 锌铁合金有酸碱两体系,酸性主要是氯化物型,碱性主要是锌酸盐型。合金镀层铁含量有高低之分,高于3%为高铁含量,不能常规钝化,需闪镀一层光亮 锌,方能钝化,低于1%为低铁含量,可常规钝化,合金镀层的防护性能比纯锌层提高3-5倍。关于两体系电镀锌铁合金的配方,见表1,表2。 ? 从查阅的文献中看到,碱性锌铁合金文献介绍多,并且有应用实例报道,酸性锌铁合金文献少,没有见到应用实例,研究文章更少。 碱性锌酸盐镀锌有l00多年的历史,直到20世纪70年代初在推广无氰电镀中,有氰镀锌的氰化物含量才由高、中、低浓度到微低浓度逐步减少,到完全 没有氰化物的锌酸盐镀锌。锌酸盐镀锌转化过程完成之后一直到现在都是镀锌的主流工艺,酸性镀锌晚于碱性锌酸盐镀锌,主要经历了硫酸盐、铵盐和钾(或钠)盐 镀锌3个发展阶段。 在文献查阅中还看到,不论碱性或酸性电镀锌铁合金的工艺配方,除添加剂外,基本都是原酸碱镀锌配方成分,仅是含量有所差异,只要在原酸碱两类镀锌配 方中加入铁盐及其稳定剂与添加剂就成为锌铁合金了。也就是说,原镀锌液可以直接转化为锌铁合金镀液。铁是镀锌中的主要杂质,必须经常去除,加大溶液处理费 用,转化后还需适量补加铁盐方能成为锌铁合金。镀锌液的转化,大大降低了新工艺的投资。在有限的文献查阅中,没有一个提出镀锌液可以直接转化为锌铁镀液。 联系实际,就是通过锌铁合金的研究,要将用于生产的钾盐镀锌液转化为锌铁合金镀液。国内文献有关锌铁合金电镀工艺的组成及工艺条件,见表3。 2·锌合金镀液和镀层的特性及选择 2·1锌合金镀液的选择 锌合金镀液的种类很多,大致可分为酸性和碱性两类。 酸性镀液:电流效率高(一般在95%以上),氢脆性小,适合于高强度钢、钢铁铸件、冲压制件、热处理件以及板材和带材上电镀。 碱性镀液:电流效率低,但分散能力和覆盖能力(即深镀能力)好,适合镀复杂零件和一般部件,对电镀设备腐蚀小,近几年来发展较快。 2·2锌合金镀层的特点 大多数锌合金镀层可进行铬酸盐钝化处理。钝化的难易程度,主要取决于合金的组成和另一组分金属的性质及含量。经钝化处理后,合金镀层的耐蚀性可大大 提高。锌合金的防护性能与合金组成有密切关系,每一种合金都有其适宜的合金组成,。只有在最佳组成范围内,才具有最好的防护性。 (1)Zn-Ni