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富含碳的沉积高效碱性无氰镀锌

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-28  浏览次数:741
核心提示:目前, 酸性镀锌及碱性镀锌仍然是镀锌工艺的两大主流,而酸性镀锌和碱性镀锌各有优劣,各擅胜场。氰化镀锌已逐渐被列入淘汰之列。
 

1 前言

从80年代初期开始, 鉴于氰化物毒性的危害性以及全世界对环保的要求日趋严格, 碱性无氰镀锌的研发工作取得一个相当重要的地位。目前, 酸性镀锌及碱性镀锌仍然是镀锌工艺的两大主流,而酸性镀锌和碱性镀锌各有优劣,各擅胜场。氰化镀锌已逐渐被列入淘汰之列。近来,德国赛德克公司结合上述二种工艺系统的优点, 再加上新改良的特点,开发出最新型的碱性无氰镀锌工艺-"锌克能 Zinconium SurTec 709"。

2 现有工艺的优缺点

酸性镀锌的优点在于优良的装饰性。较高的镀锌效率,电镀速度快, 能在大型铁件或铸件上的较宽电流范围内获得均匀的镀层。但是在另一方面, 酸性镀锌存在着如果膜厚超过6-8微米则容易脆裂的缺点, 并且也由于它的高电镀效率, 通常会在不同的电位区形成不均匀的沉积层, 致使在镀件表面的深凹处无法获得有效的镀层覆盖。简言之, 酸性锌工艺应用容易在管材内部或孔洞深凹处发生腐蚀, 而在如同紧固件的顶端部位或镀件的凸出部位等高电流区形成过度电镀或脆裂, 其深镀能力相对较差。 碱性镀锌的优点是包括良好的深镀能力, 在复杂工件的深凹孔洞处或粗糙的铁材上有较佳的覆盖力。在这个优点的基础上, 结合了碱性镀液的特性, 造就了良好的防腐表现,同时设备本身也不易腐蚀, 设备使用寿命相对延长。虽然碱性镀锌沉积层具有延展性, 但与酸性镀锌工艺比较之下, 电镀效率仍少了30-40%, 沉积速度也较慢。由于低氢超电压、以及在阴极上渗氢现象的出现, 传统碱性镀锌系统不适合镀高碳钢或铸铁材料。

3 新型碱性无氰镀锌工艺-"锌克能"

赛德克集团研发出一项可以克服上述碱性镀锌系统的缺点的光亮添加剂。镀液的操作方式及制程控制与传统相同。新型的光亮添加剂则是改良型阳离子胺的独创反应材料组成,具有以下多种优特点:

3.1 改良晶体结构 "锌克能"在它的镀锌沉积层中含有其重量0.8-1.0%的有机碳, 来自于"锌克能"光亮添加剂的共沉积直接影响了锌沉积的晶粒定向。根据图(1-A)所显示, 传统碱性镀锌系统的X光衍射仅有一个单峰, 代表着典型的定向晶体沉积。图(1-B)显示着多重峰, 表示结合含碳锌克能的不定向晶体形成, 这种不定向晶体类似碱性镀锌合金的晶体定向。定向晶体随着有机物,杂质等等在内部压力而紧密地挤压下, 晶体会向上下推移以排除压力, 使得大部分的晶体重新排列。 不定向晶体沉积而言相对定向晶体沉积要稳定的多,因此大大地降低了随后因晶体结构变化而引起的脆裂的可能性。

3.2 增进防腐功能

"锌克能"锌层另外一个优点在于它对钝化液具有持续的反应性,形成较厚的钝化膜, 能大大地增强防腐功能。 图(2)表明配合酸性镀锌, 传统碱性镀锌, "锌克能"这三种不同系统的三价钝化层中铬的含量与其浸泡时间的关系。我们可以很清楚的看到, 在相同的时间条件下, "锌克能"的钝化层含铬量相对高得多。

3.3 如同之前所介绍过, 很难以低氢过电压的传统碱性镀锌工艺运用在某一些高碳高硅的钢材基体上, 所以一般汽车工业中以铸铁为材料的刹车工件, 调节器都镀以酸性锌。但往往存在着沉积不均匀, 凹深处容易腐蚀等常见的问题。在欧美日等技术先进国家和地区, 有人尝试先镀一层酸性锌作底, 再镀上碱性锌, 但也导致了二种镀锌层之间的结合力不良的问题。"锌克能"为碱性工艺, 但克服了氢过电压的问题, 能直接镀于铸铁表面上, 沉积层均匀, 可有效覆盖深凹部分区域。"锌克能" 基础的锌铁合金工艺也可直接镀于铸铁表面上。通过不同测试显示:美国汽车厂一般规格要求铸铁上镀锌层平均厚度15微米, "锌克能"达到平均16.58微米,(最低10.56, 最高21.60微米)。如果再配合高防蚀三价彩钝SurTec 680, 经NSS盐雾测试, 可达1000小时仍无红锈的优异性能。

4 工艺操作参数

"锌克能"为一液型光亮添加剂, 配合传统碱性无氰镀液, 如使用硬水, 可选择使用调整剂(SurTec 704R)。

镀液基础组成如下:

锌 10-15g/l

氢氧化钠 100-150g/l(或氢氧化钾150-210g/l)

锌克能(SurTec 709) 12-24

温度 20-40℃

阴极电流密度 0.5-6A/dm2

电流效率 60-80%

"锌克能"添加剂的浓度与沉积率间的关系变化请参见图(3), 添加剂浓度与沉积含碳量的比较请参见图(4), 而图(5)则说明了电流密度对锌沉积量的影响。由上述的参数可见"锌克能"可以在很宽的范围操作中有很稳定的表现。在3A/ dm2及2-2.5 ml/L 添加量可得到最佳操作特性, 在此条件下含碳量约为锌沉积重量的0.84%。

5 典型的工艺工序

所有的电镀工艺而言, 适当的前处理有其必要性。尤其是针对表面粗糙多孔又含有脱膜剂及因铸造而引起的杂质的铸铁件, 更显得其重要性和困难度。当我们在机械加工铸铁工件时,大量油污会深陷于孔洞之中而须适当的除油。

而言, 铸铁工件须经过喷丸处理以降低其大量的表面粗糙度, 然后清洗表面到某一个程度以后才得以进行下一道处理工序。这项清洗工作及喷丸处理所使

用的媒介物会对电镀造成极深的影响, 必须小心控制。

提供"锌克能"工艺的处理工序,其中前处理的部份可有效的清洗铸铁件:

1.碱性除油(选择性);

2.水洗;

3.阳极碱性电解清洗;

4.水洗;

5.活化(酸性);

6.水洗;

7.重复步骤3-6;

8.苛性碱预浸;

9.碱性无氰电镀锌"锌克能";

10.水洗;

11.活化;

12.钝化;

13.水洗;

14.封闭或干燥。

6 结论

无氰镀锌"锌克能"是针对解决目前镀锌的问题而发展出来的新型单一光亮添加剂, 其锌沉积层中含有0.8-1.0%的有机碳并且有特殊的非定向晶体结构。"锌克能" 镀锌层表面的高反应活性配合厚实的钝化膜, 可增强防腐能力。此种新型的碱性无氰镀锌工艺可以直接镀在例如汽车刹车件的铸铁工件上。比起酸性镀锌而言, "锌克能"较强的深镀能力及更好防腐能力而倍受人们关注与肯定。

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