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电镀锌镍合金(上)

放大字体  缩小字体发布日期:2013-03-27  浏览次数:2418
核心提示:电镀工业中常用含镍15%以下的合金,耐蚀性好又易镀铬,也可钝化处理。镍含量高的锌镍镀层镀铬困难,钝化也难,镍含量过高耐蚀性反而下降。

高强钢上电镀,可作为代镉镀层,多用于军品生产。此外,锌镍合金电镀的镀液分散能力、覆盖能力好,可以不用剧毒的氰化物体系,电流效率高,镀层光亮平滑。

电镀工业中常用含镍15%以下的合金,耐蚀性好又易镀铬,也可钝化处理。镍含量高的锌镍镀层镀铬困难,钝化也难,镍含量过高耐蚀性反而下降。

锌镍合金镀液有氯化物型、硫酸盐型和碱性锌酸盐型。一、氯化物体系电镀锌镍合金

(一)氯化物体系电镀锌镍合金的工艺规范

弱酸性氯化物电镀锌镍合金的主要优点:电流效率高,通常都在95%以上,沉积速度快,对钢铁基体氢脆性小,污水处理比较简单,容易得到高镍含量的合金镀层,但缺点是镀液的分散能力不够好,对设备腐蚀性较大。

1.氯化物体系电镀锌镍合金的工艺规范(见表4—2—3)

表4—2—3氯化物体系电镀锌镍合金的工艺规范

氯化物体系电镀锌镍合金的工艺规范

2.镀液的配制

在镀槽中加入所需总体积1/2的去离子水或蒸馏水,加热到70℃左右,先加人硼酸,并搅拌,使之全部溶解,依次加入氯化锌氯化镍、氯化钾、氯化铵和络合剂,搅拌使全部溶解。另取一大烧杯水,加热至沸腾,加入十二烷基硫酸钠。待溶解后倒入镀槽。加入离子水或蒸馏水,至所需体积,充分搅拌均匀,取样分析,根据分析结果调整镀液。然后用大阴极小电流密度(0.3A/dm2)电解处理0.5A·h/L~1.0A·h/L后,用氨水或稀盐酸调整镀液的pH值,至达到工艺要求范围,最后加入添加剂,即可进行试镀。

(二)镀液成分和工艺规范的影响

(1)氯化锌和氯化镍,是主盐。镀层中含镍量随镀液中镍盐的增加而增加。镀液中Zn2+/Ni2+含量比对镀层组分影响比较大,而镀液中离子总浓度的变化影响不大。

(2)氯化钾、氯化铵或氯化钠,是导电盐。另外,NH4+与Zn2+、Ni2+都有一定的络合能力,从而可以影响合金镀层的组成。

(3)硼酸,是缓冲剂。主要调节和稳定镀液的pH值,以保证镀层的成分和质量。

(4)络合剂。在氯化物体系中,电镀锌镍合金所使用的络合剂多为有机羧酸及其盐,如柠檬酸、酒石酸、磺基水杨酸、氨基磺酸及其盐等。羧酸根离子可以和锌离子或镍离子形成络合离子。络合剂的主要作用是防止金属盐水解和稳定镀液;促进阳极正常溶解;增加阴极极化和改善镀层结晶等。

(5)表面活性剂。常用的是十二烷基硫酸钠。主要用于防止镀层产生针孔,用量0.1g/L左右就可以。加入镀液中的方法,先用少量水将其调成糊状,再用100倍的开水溶解,澄清后在搅拌下加入镀液。

(6)添加剂。氯化物镀液使用的添加剂类型很多,常用的有醛类,如胡椒醛、氯苯甲醛和肉桂醛等;有机羧酸类,如抗坏血酸、氨基乙酸、苯甲酸和烟酸等;磺酸类,如木质素磺酸钠和萘酚二磺酸等;酮类,如苯亚甲基丙酮、芳香烯酮和苯乙基酮等,以及杂环化合物等;无机光亮剂有锶和钡的硫酸盐或碳酸盐等。

(7)温度。随镀液温度的增加,镀层中含镍量有所增加。

(8)pH值。pH值增加,镀层中含镍量有所下降。

(9)电流密度。当电流密度<0.5A/dm2时,镀层中含镍量很高,这时镍的沉积基本未受到阻滞作用,该沉积属于正常共沉积;当电流密度继续增大时,镀层中镍含量迅速增加,锌则减少很快,此时镀层中镍含量大大低于镀液中的镍离子含量,这属于异常共沉积。

(10)阳极。为防止锌、镍发生置换,又保障金属离子浓度比稳定。一种方法是锌、镍阳极单独悬挂,用两台电源分别控制阳极电流密度。为了保持镀液中锌、镍离子比的相对稳定,分控在锌阳极上的电流大致是镍阳极上的4倍。这样做虽能达到目的,但增加了生产投资。另一种方法是采用专用的隔膜式阳极袋,定期将锌阳极液与主体溶液混合,可长期保持离子浓度比正常。

(11)阴极移动或过滤。采用这些措施可使合金成分稳定,镍在镀层中分布均匀,有利于提高镀层均匀性、光亮度和平滑性,提高工效和质量。

(三)镀液的维护及故障排除1.镀液的维护

为了得到良好的镀层,除必须严格控制按照工艺规定的要求进行操作外,还必须注意下面几点:

(1)配制镀液所使用的化学药品,其纯度应不低于化学试剂三级,若使用工业级药品时,必须经过小型电镀试验,镀层质量达到要求才可使用。

(2)配制镀液或钝化液所使用的水以及清洗用水,最好使用蒸馏水或去离子水。

(3)添加剂第一次加入时不应过量,该种添加剂在使用过程中消耗较慢,应尽量少加勤加。一般添加剂耗量是每25Ah消耗0.5mL~1.0mL。

(4)镀液要经常过滤,最好是连续过滤,以保持镀液的清洁。

(5)镀液应定期分析,保持锌离子和镍离子的含量以及工作温度和pH值在工艺范围内,若发现偏离工艺范围应及时调整。

(6)锌和镍阳极都应套上阳极袋,以防止阳极渣进入镀液。每次下班前,一定要把阳极从镀槽中取出,以防止锌阳极自溶解和置换。锌阳极使用一段时间后,应除去置换层。

2.电镀锌镍合金常见故障、产生原因及排除方法(见表4—2—4)

表4—2—4电镀锌镍合金常见故障及排除方法

电镀锌镍合金常见故障及排除方法

二、硫酸盐体系电镀锌镍合金

主要用于汽车钢板上电镀,该类工艺的主要特点是:镀液组成简单,工艺稳定,使用、维护和调整容易,对设备腐蚀性小;镀液pH值较低,使用电流密度高,阴极电流效率高,成本较低,生产效率高,适合于批量生产。为了进一步提高合金镀层的耐蚀性,一般还需要镀后处理,有的需要铬酸盐钝化处理;有的则需要增加磷化、涂装处理。这就要求合金镀层与磷化膜和漆膜间应具有良好的结合力,但是钢板镀合金镀层后,与磷化膜和漆膜问不易获得良好的结合力,有时还需要在其上再镀一层含铁量高的合金镀层,来提高磷化膜和漆膜的结合性,目前主要有Zn—Fe、Fe—P。

(一)硫酸盐镀锌镍合金的工艺规范

硫酸盐镀锌镍合金的工艺规范见表4—2—5。

(二)镀液成分和工艺规范的影响

(1)硫酸锌和硫酸镍。是主盐。调节两者之间的含量比,就可改变合金镀层中的镍含量。

(2)硫酸钠和硫酸铵。是导电盐。由于硫酸盐的导电性较差,在镀液中加入适量的导电盐是必要的。它的作用是降低槽压,并可提高使用电流密度,从而提高生产效率。

(3)缓冲剂。在硫酸盐镀液中,硼酸和乙酸钠是很好的缓冲剂,柠檬酸也有一定的缓冲作用。

表4—2—5硫酸盐电镀锌镍合金的工艺规范

硫酸盐电镀锌镍合金的工艺规范

(4)络合剂。在硫酸盐镀液中柠檬酸的作用,主要是对锌离子和镍离子形成络合离子,从而稳定镀液,并提高阴极极化,使镀层结晶细化。另外,由于柠檬酸对锌离子和镍离子形成络合离子的稳定作用不一样,也会影响合金镀层中成分的含量。通常在硫酸盐镀液中络合剂使用较少,因为加入络合剂后,虽然镀层质量有所提高,但电流效率会降低,也影响了生产效率。

(5)添加剂。硫酸盐电镀锌镍合金镀液使用的添加剂,通常与氯化物镀液相差不多,但用量相对较少。

(6)阴极电流密度。由于硫酸盐镀液多用于电镀钢板和钢带,当电镀时,钢板和钢带处于快速移动状态或(和)镀液处于快速流动状态,因而使用的工作电流密度相对较高,有的高于10A/dm2,甚至达到l00A/dm2左右。

(7)工作温度。对于硫酸盐镀液,一般使用较高的工作电流密度,多在40℃~55%,这有利于使用较高的阴极电流密度和提高生产效率。如果工作温度过低,不利于使用较高的电流密度,硫酸盐还可能结晶出来;若工作温度过高,镀液蒸发快,镀液中成分就会不稳定。

(8)pH值的影响。pH值过低,锌阳极溶解太快,致使镀液不稳定,镀层中镍含量也会发生变化;如果pH值过高,容易生成氢氧化物沉淀,它会夹杂在镀层中使镀层发暗、粗糙和发脆。在电镀过程中,应注意经常调节镀液的pH值,使之保持在工艺要求的范围内。

三、硫酸盐-氯化物镀液电镀锌镍合金

(一)硫酸盐-氯化物电镀锌镍合金工艺规范。

硫酸盐-氯化物体系综合了氯化物体系和硫酸盐体系镀液的优点,其工艺规范见表4—2—6。(二)镀液成分和工艺规范的影响

(1)主盐。在该体系中,硫酸锌、硫酸镍、氯化锌和氯化镍为主盐,提供合金镀层所需要的锌、镍组分。

表4—2—6硫酸盐-氯化物体系电镀锌镍合金工艺规范

硫酸盐-氯化物体系电镀锌镍合金工艺规范

(2)导电盐。主要有氯化铵、氯化钠等。葡萄糖酸钠既能提高镀液的导电性,又能改善镀层质量。柠檬酸钠即具有导电盐的作用,对锌及镍又有络合作用,从而增大了阴极极化,并改善镀层质量。

(3)缓冲剂。在该体系中的pH值缓冲剂,仍以硼酸为宜。

(4)添加剂。常用的有胡椒醛、木质素磺酸钠、乙醇酸等,其主要作用是使镀层结晶细致,得到光亮的锌镍合金镀层。

(5)阴极电流密度,与氯化物体系所采用的阴极电流密度基本一致。当电镀钢带时,由于钢带的快速移动,减小了浓差极化,可采用较高的电流密度(如工艺3、4)。

(6)镀液温度。通常可在室温下进行电镀,当进行高速电镀时,需要在较高的温度下进行。

(7)镀液pH值,略低于氯化物体系,这有利于硫酸盐的溶解,并防止阴极附近由于pH值上升引起氢氧化物沉淀。

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