低泡型氯化鉀鍍鋅

詹益騰，胡明，李偉善，田志斌，鄧正平，黃啟明，莫燁強(qiáng)

（1.廣州三孚新材料科技有限公司，廣東 廣州 510663；2.華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510006）

氯化鉀鍍鋅以其鍍層全光亮、電流效率高、沉積速率快、鍍液維護(hù)簡單、廢水處理易行等優(yōu)點(diǎn)而獲得電鍍廠家的青睞。但第一代和第二代氯化鉀鍍鋅的耐蝕性比氰化鍍鋅和無氰堿鋅差，而且鍍液COD(化學(xué)耗氧量)高、泡沫多，限制了其應(yīng)用[1-2]。近期國外已開發(fā)了一種新型氯化鉀鍍鋅添加劑，其最大特點(diǎn)是鍍液低泡，可采用壓縮空氣攪拌。采用這種新型氯化鉀鍍鋅配套三價(jià)鉻鈍化，所得鍍層耐蝕性優(yōu)于氰化鍍鋅配套三價(jià)鉻鈍化[3-5]。廣州三孚公司和華南師范大學(xué)合作，在廣州市科信局立項(xiàng)進(jìn)行了第三代氯化鉀鍍鋅和三價(jià)鉻鈍化工藝的研究。本文介紹SF-522 新型氯化鉀鍍鋅工藝及其生產(chǎn)應(yīng)用。該工藝的最大特點(diǎn)是鍍液低泡，可采用壓縮空氣攪拌。而采用空氣攪拌有以下好處：

(1) 成倍提高鍍液電流密度上限。第一、二代氯化鉀鍍鋅的267 mL 赫爾槽試驗(yàn)通常只能采用1 A 電流，而SF-522 氯化鉀鍍鋅液采用壓縮空氣攪拌時(shí)，赫爾槽試驗(yàn)可采用1、2 和3 A 電流，電鍍3～5 min 后整個(gè)赫爾槽試片光亮，生產(chǎn)效率顯著提高。

(2) 氯化鉀鍍鋅槽液的主要有害金屬雜質(zhì)是Fe2+，一般采用雙氧水或高錳酸鉀氧化處理以除去Fe2+，但氧化除鐵的同時(shí)也破壞了主光亮劑。本工藝的槽液借助空氣攪拌就可將Fe2+氧化成Fe3+，繼而在槽液的連續(xù)過濾中除去鐵，使光亮劑的消耗量降低。

(3) 鍍鋅層有機(jī)物夾雜少，經(jīng)三價(jià)鉻鈍化后，其耐蝕性(中性鹽霧試驗(yàn))超過氰化鍍鋅。

1 電鍍

1.1 配方與工藝

以1 級(jí)鋅錠(鋅含量≥99.95%)為陽極，陰極為鍍鋅工件，鍍液采用壓縮空氣攪拌，連續(xù)過濾(每小時(shí)2～3 遍)。

1.2 鍍液的配制

(1) 在鍍槽中加入1/2 配制容積的自來水，加入所需量的氯化鉀，攪拌至完全溶解。

(2) 將所需量的硼酸用熱水溶解后加入槽中，再加入氯化鋅，攪拌至全溶，然后加水至配制容積，攪拌均勻，連續(xù)過濾，并小電流處理2～3 h。

(3) 加入所需量的柔軟劑，攪拌均勻，將所需量的光亮劑用鍍液稀釋2～3 倍后，邊攪拌邊加入鍍液中，最后充分?jǐn)嚢杈鶆?，調(diào)整鍍液pH 即可試鍍。

1.3 添加劑及工藝條件的影響

1.3.1 柔軟劑

SF-522 氯化鉀鍍鋅柔軟劑是濃縮液，呈棕色，主要成分為低泡型載體光亮劑、苯甲酸鈉、助溶劑及其他平衡成分。柔軟劑在槽液中的開缸量為25～35 mL/L，用于配槽及補(bǔ)充，其消耗量為100～120 mL/(kA·h)。柔軟劑含量太低，高區(qū)易燒焦，允許電流密度小，分散能力差，陽極易鈍化；柔軟劑含量太高,鍍層水洗性變差、易變色。鍍液中的柔軟劑含量通過赫爾槽打片來控制。

1.3.2 光亮劑

SF-522 氯化鉀鍍鋅光亮劑為濃縮液，無色透明，由主光亮劑(芐叉丙酮、鄰氯苯甲醛或其混合物)、低泡型載體光亮劑和助溶劑組成。光亮劑的開槽量為1～2 mL/L，掛鍍消耗量為80～100 mL/(kA·h)。光亮劑含量低，鍍層不光亮；光亮劑含量高，則鍍層脆性增加。鍍液中的光亮劑含量通過赫爾槽打片來控制。

1.3.3 pH

該工藝的pH控制在4.8～5.6 時(shí)可獲得性能良好的鍍層。如果pH 過低，鍍層沉積速率會(huì)變慢，可用10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氫氧化鈉溶液調(diào)整；pH 過高，鍍層出光速率變慢，可用10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸溶液調(diào)整。

1.3.4 溫度

采用該工藝鍍液溫度范圍為15～50 °C，最佳為25～35 °C(鍍槽需要控溫設(shè)備，參見3.2 鍍液的維護(hù))。

1.3.5 電流密度

該工藝的電流密度范圍為0.5～4.0 A/dm2，最佳電流密度為3.0 A/dm2。

1.3.6 攪拌

該工藝允許用壓縮空氣攪拌。

1.4 雜質(zhì)的影響

(1) 250 mg/L 的Fe2+會(huì)使高電流密度區(qū)鍍層產(chǎn)生黑斑，鍍層有少量白霧?？赏ㄟ^加入稀釋后的雙氧水進(jìn)行處理。

(2) 銅雜質(zhì)(Cu2+)含量低于10 mg/L 時(shí)對鍍層幾乎無影響，但20 mg/L 的銅雜質(zhì)會(huì)引起低電流密度區(qū)的鍍層發(fā)黑。少量的銅雜質(zhì)可采用小電流進(jìn)行電解處理，大量的銅雜質(zhì)可通過加鋅粉進(jìn)行處理。

(3) 5 mg/L 以下的鉛雜質(zhì)(Pb2+)對鍍層幾乎沒有影響，但鉛雜質(zhì)超過10 mg/L 時(shí)，鍍層低電流密度區(qū)呈灰白色，嚴(yán)重時(shí)無鍍層。可用電解法或加鋅粉進(jìn)行處理。

(4) 20 mg/L 以下的六價(jià)鉻對鍍層幾乎沒有影響，但六價(jià)鉻雜質(zhì)超過20 mg/L 時(shí)，鍍層低電流密度區(qū)呈白霧。可先用保險(xiǎn)粉將六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，再將鍍液pH 調(diào)節(jié)為6.0 左右，通過過濾除去。

(5) 有機(jī)雜質(zhì)過多會(huì)使鍍液顏色變深，且鍍層發(fā)霧，可用活性炭過濾處理。

2 與國外某低泡型氯化鉀鍍鋅添加劑的性能對比

委托機(jī)械工業(yè)表面覆蓋層產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心檢測鍍層性能，包括赫爾槽試驗(yàn)的光亮范圍、分散能力、覆蓋能力、電流效率、沉積速率、鍍鋅層附著強(qiáng)度、鈍化膜附著力、中性鹽霧試驗(yàn)。檢測依據(jù)是JB/T 7704.1-1995《電鍍?nèi)芤涸囼?yàn)方法 赫爾槽試驗(yàn)》、JB/T 7704.2-1995《電鍍?nèi)芤涸囼?yàn)方法 覆蓋能力試驗(yàn)》、JB/T 7704.3-1995《電鍍?nèi)芤涸囼?yàn)方法 陰極電流效率試驗(yàn)》、JB/T 7704.4-1995《電鍍?nèi)芤涸囼?yàn)方法 分散能力試驗(yàn)》、GB/T 5270-2005《金屬基體上的金屬覆蓋層 電沉積和化學(xué)沉積層 附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評述》、GB/T 10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》的中性鹽霧試驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)。主要檢測儀器有赫爾槽試驗(yàn)設(shè)備、AUW 島津電子天平、SFT-156X 射線測厚儀、SQ-500-S鹽霧試驗(yàn)箱。檢測結(jié)果見表1。其中，鍍鋅層的彩色鈍化均采用SF-571 三價(jià)鉻彩鈍劑，藍(lán)白鈍化均采用SF-572 三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化劑。從表1可知，SF-522 氯化鉀鍍鋅添加劑與美國M 公司氯化鉀鍍鋅添加劑的性能相當(dāng)。

表1 含不同添加劑的氯化鉀鍍鋅液和所得鍍層及鈍化膜的 性能對比Table 1 Comparison between properties of potassium chloride solutions with different additives,the obtained coatings and passivation films

3 生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 工藝流程

毛坯檢測─化學(xué)除油─水洗2 次─酸蝕─水洗2 次─陽極電解除油─水洗2 次─活化─水洗2 次─SF-522氯化鉀鍍鋅─水洗2次─超聲波水洗─出光(體積分?jǐn)?shù)0.3%～0.5%的硝酸)─水洗2 次─鈍化(SF-571三價(jià)鉻彩色鈍化/SF-572 三價(jià)鉻藍(lán)白鈍化)─水洗3 次─熱水洗(50 °C 左右)─封閉─烘干。

3.2 鍍液的維護(hù)

(1) 兩班制(每班8 h)生產(chǎn)，每周分析調(diào)整一次氯化鉀、氯化鋅和硼酸。

(2) 正常生產(chǎn)時(shí)，每隔2 h 補(bǔ)加一次光亮劑。光亮劑要先用鍍液稀釋2～3 倍后方可加入。掛鍍和滾鍍時(shí)，光亮劑消耗量分別為60～100 mL/(kA·h)和80～120 mL/(kA·h)。

(3) 柔軟劑可根據(jù)生產(chǎn)中的故障現(xiàn)象和赫爾槽試驗(yàn)結(jié)果補(bǔ)充，也可根據(jù)一般操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充。

(4) 每班上班前用精密pH 試紙檢查鍍液pH，若pH 高，可用1%(體積分?jǐn)?shù))稀鹽酸降低pH。注意添加稀鹽酸時(shí)一定要攪拌鍍液。

(5) 夏天室溫高，建議用地下井水循環(huán)冷卻，最好采用冷凍設(shè)備降溫，將工作溫度控制在35 °C 以下。

(6) 經(jīng)常做赫爾槽試驗(yàn)，判斷鍍液中的雜質(zhì)污染，若有鐵雜質(zhì)污染，可加入少量稀釋的雙氧水處理鍍液，再過濾除去鐵雜質(zhì)。

(7) 鍍液用無油壓縮空氣攪拌，同時(shí)采用連續(xù)過濾。

(8) 鍍鋅陽極應(yīng)采用一級(jí)鋅錠。絕對不能用鐵板和不銹鋼板作不溶性陽極，也不能用鈦籃盛裝鋅陽極。

(9) 經(jīng)常用磁鐵吸起落入槽底的工件和鐵屑。

4 總結(jié)

SF-522 氯化鉀鍍鋅已經(jīng)在電鍍廠家生產(chǎn)應(yīng)用3年多。實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)果表明，SF-522 低泡型氯化鉀鍍鋅液穩(wěn)定，可用壓縮空氣攪拌，允許電流密度大，生產(chǎn)效率高，添加劑消耗量低，經(jīng)三價(jià)鉻鈍化的鍍層中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)間超過六價(jià)鉻鈍化的氰化物鍍鋅層。該項(xiàng)目已通過廣州市科信局的專家驗(yàn)收和科技成果鑒定，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

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