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碱性无氰镀锌

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-02  浏览次数:1237
核心提示: 碱性无氰镀锌为环保型的镀锌,镀液不用剧毒的氰化物,废水易处理。但不同年代开发的添加剂,特点各有差异。
 碱性无氰镀锌为环保型的镀锌,镀液不用剧毒的氰化物,废水易处理。但不同年代开发的添加剂,特点各有差异。

20世纪70年代的国产碱性无氰镀锌镀液的特点

①镀层结晶细密,光泽好,分散能力和深镀能力接近氰化镀液;

②镀液稳定、操作维护方便;

③对设备无腐蚀性;

④综合经济效益好。这种镀液亦存在沉积速度慢、允许温度范围窄(高于40%不好)、厚度超过15μm时有脆性。

20世纪90年代进口的碱性无氰镀锌添加剂的特点

①高分散能力,高低电流区镀层厚薄非常均匀,高电流区(4A/dm2)与低电流区(0.2A/dm2)镀层厚度比为l.2~1.5(一般产品为2.0~3.0),大大节省锌的耗量,同时节省了成本;

②低脆性,厚度20μm,可以任意弯曲,镀层不脱落;在200℃下恒温烘烤60min后立即浸入冷水中骤冷,镀层不起泡;

③深镀能力超过氰化镀锌,低电流区沉积速度更快,镀层厚,出光后不会漏镀。这类工艺存在光亮度较低,抗杂能力较差,镀层易发黄、发雾,镀液不耐高温,需要冷却。例如安美特3000、开宁100#工艺。

进入21世纪后,中国碱性无氰镀锌添加剂综合性能达国际领先水平,不但具有20世纪70年代DPE-Ⅲ的高光亮特性与90年代进口光剂的无脆性、高分散能力特性,解决了因镀层高光亮造成的脆性问题,亮度与酸性镀锌相媲美。因镀层更光亮,所以蓝白钝化,不易发黄;镀液耐温性更佳,45℃也能镀出光亮产品;操作范围宽广,赫尔槽6A电流时试片仅有0.5cm烧焦,赫尔槽0.2A电流时试片也能光亮,适合于大面积工件及复杂零件的电镀;抗杂能力强,普通片碱、自来水即可使用。例如Ekem-221工艺。

(一)碱性无氰镀锌的工艺规范

(二)镀液配制方法

配制溶液用的氧化锌纯度要求大于98%的工业一级品;片碱要用纯度96%以上的固体碱。

(1)镀槽中加入1/4水,加入所需量的片碱,搅拌至完全溶解;

(2)将计算量的氧化锌用少量水调成糊状,在不断搅拌下缓慢加到热碱液中,直至搅到完全溶解;

(3)在强烈搅拌下,加入2g/L~3g/L锌粉,按少量多次撒人镀液中,搅拌30min;

(4)在强烈搅拌下,加入2g/L~3g/L活性炭,按少量多次撒下,搅拌30min;

(5)静置4h~8h后虹吸过滤;

(6)加入计算量的添加剂,搅拌均匀;

(7)在0.2A/dm2~0.3A/dm2下电解10h~20h,试镀。

(三)镀液组成与工艺维护

1.氧化锌

锌含量对镀液性能和镀层质量有重要影响。锌偏高,沉积速度提高,但分散能力和深镀能力降低,低电流区光亮度差,易发黑,复杂件的尖棱部位镀层粗糙,容易出现阴阳面。含量偏低,分散能力好,但沉积速度慢。氧化锌控制在8g/L~15g/L。工业氧化锌由于生产的原因,一般纯度有问题,所以建议用锌锭溶解的方法进行补充锌含量(一般采用溶锌槽)。若使用氧化锌时,强烈建议在线外先用片碱将氧化锌溶解后,用锌粉处理,然后再加入镀槽中,杂质含量高时要多处理几次,否则会污染镀液,造成无法正常生产,需在镀槽中直接处理。一般碱性无氰镀锌槽较大,大处理盘槽较困难,会造成人力、材料的浪费与工期的延误。

2.氢氧化钠

起络合和导电作用,过量的氢氧化钠是稳定镀液的必要条件,锌以Zn(OH)42-形式存在。pH值<10.5时,Zn(OH)42-转化为Zn(OH)2沉淀。生产中宜控制NaOH/Zn的比值在10~14,最佳为12:1。氢氧化钠过高,阳极化学溶解加速,锌自然升高,造成主要成分比例失调,浓度以100g/L~150g/L为宜。

3.镀液维护

关键是控制氢氧化钠与锌的比例,氢氧化钠:锌控制在(9~12):1。

比例高时,深镀能力佳、低区亮度好,但高区沉积速度较慢,即分散能力佳。成分一般需要每天分析。若使用溶锌槽法,成分更容易控制,凭经验积累,分析的次数大为降低。

控制方法如下:

(1)溶锌槽法:将锌锭装在铁篮中,置于溶锌槽中溶解得到的锌浓缩液泵到镀槽,补充锌含量。溶锌槽不需要通电,在碱溶液中,依靠锌锭与铁篮接触形成原电池电势来溶解锌锭。溶锌槽的片碱含量与镀液的碱含量相同。采用溶锌槽的方法,锌成分更好控制,更容易维护,分析的次数更少。镀槽中以铁板为阳极。

(2)阳极用锌锭与铁板,通过调整锌锭与铁板的比例或氧化锌来调整锌含量,氢氧化钠直接添加。这是早期碱性无氰镀锌的使用方法,该方法存在锌离子浓度不能及时有效控制,且锌与铁板的电位差不同,故电流分布不均匀,镀层厚度也不均匀等问题,目前已逐渐不用,尤其自动线上的生产大部分采用溶锌槽。

4.添加剂(以Ekem-221为例)

Ekem-221A光亮剂为主光剂、分散能力与脆性控制剂,能使镀层达镜面光亮而无脆性,是该工艺的关键成分。能提高低区沉积速度,但会降低高区沉积速度,提高分散能力。耗量100mL/kA·h~200mL/kA·h。Ekem-221B走位剂,特别能提高低区光亮度。耗量20mL/kA·h~70mL/kA·h。Ekem-221C净化剂,起除杂作用,并能扩大高区与低区电流范围。

主要作用:

(1)防止高区烧焦,避免在高电流作业下镀层脱皮与脆性。

(2)去除镀液中的杂质,包括金属杂质,清除镀层发雾,使低区更加光亮,同时也扩大了低区光亮度。

(3)也能去除水中的Ca2+、Mg2+杂质,起到软化水的作用。耗量10mL/kA·h~20mL/kA·h。

5.对前处理的要求

与酸性镀锌相当,但对酸洗需特别注意,不能过腐蚀,产生挂灰,氰化镀锌有除灰作用而碱性无氰镀锌不具备除灰作用,所以酸洗时需严格控制。可以在酸洗液中加入缓蚀性,预防过腐蚀,如Ekem-HZ-6添力Ⅱ剂。

6.注意温度和电流密度的相互关系

镀液允许电流密度的上限值与镀液温度有关。温度低时,镀液导电性能差,添加剂吸附强,脱附困难,此时切莫用高电流密度,否则会造成边棱部位烧焦,添加剂夹杂,镀层脆性增大鼓泡。温度高时,添加剂吸附弱,极化降低,必须采用较高电流密度,以提高阴极极化,细化结晶,防止阴阳面。所以要根据温度选择适当的电流密度;低于20℃采用1A/dm2~1.2A/dm2;20℃~30℃宜用1.5A/dm2~2A/dm2;30℃~40℃宜用2A/dm2~4A/dm2。

7.极间距离及电极排布

阳极与阴极的相对位置及电极的排布,对镀层均匀性也有重要影响。极间距离太近,凸部易烧焦,凹部却发暗。一般增大阳阴极间的距离,有利于金属的均匀分布。电镀复杂件时电极间的有效空间要保持200mm~250mm。为防止电力线集中产生“边缘效应”,阳极的布局应是中间密,两边疏,槽两端则要留出100mm~150mm的空位,而阴极杆上要挂满。为避免挂具下端零件烧焦,阳极总长度要比挂具短l00mm~150mm。可采用不锈钢板或镀镍板作辅助阳极,代替部分锌阳极,要防止锌浓度升高。

8.杂质的危害及清除

碱性无氰镀锌镀液中无其他强络合剂,镀液对杂质较敏感,生产中许多故障是杂质引起的。杂质会引起镀层低电流区发黑,或高电流区发雾不清亮,蓝白钝化易发黄。特别是阳极不纯时容易积累铜、铅、铁、镉等重金属杂质。铅>15mg/L、铜>20mg/L、铁>50mg/L时都会造成镀层乌暗、发黑,产生黑色条纹等疵病。杂质定期用lg/L~3g/L锌粉或AD-CK-778或Ekem-221D除杂剂处理。除杂质每次都要充分搅拌,采用AD-CK-778或Ekem-221D作杂质净化剂时,处理后要捞出表面悬浮物,酌情补充一些添加剂和光亮剂,并稍加电解。中高区发雾可以用Ekem-221C净化剂处理。碱性无氰镀锌中的杂质一般不用硫化钠处理,因为氢氧根对锌的络合能力较差,加入硫化钠时会产生乳白色的硫化锌沉淀,硫化锌沉淀的颗粒较粗,镀层会产生毛刺。

添加剂和光亮剂的分解产物以及油脂的带入都会引起镀层发脆,产生条纹、发花等疵病,每月或每季用3g/L~5g/L活性炭处理一次。

苛性钠中含碳酸钠,吸收空气中的二氧化碳也使镀液中碳酸钠含量升高。碳酸钠小于60g/L时几乎无影响,超过80g/L将导致内阻增加,升温加快,电流密度上限值降低,碳酸钠在50%以下时有晶体析出,冬季利用节假日过滤清除。南方可用熟石灰水或氢氧化钡沉淀。

9.可能产生的故障及纠正方法

在生产中往往一种故障现象有多种可能的原因引起,到底哪一种是主要矛盾,则要通过化验和冷静分析。

 

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