高性能堿性無氰光亮鍍鋅的使用和維護

詹益騰*，胡明，熊學舫，田志斌，鄧正平，曾濤

（廣州三孚新材料科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

【經(jīng)驗交流】

高性能堿性無氰光亮鍍鋅的使用和維護

詹益騰*，胡明，熊學舫，田志斌，鄧正平，曾濤

（廣州三孚新材料科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

以SF-529堿性無氰光亮鍍鋅為例，介紹了堿性無氰光亮鍍鋅的工藝條件以及鍍液各組分的作用和使用方法，對鍍液維護和常見故障的處理方法進行了討論，為SF-529堿性無氰光亮鍍鋅工藝應用提供參考。

堿性無氰光亮鍍鋅；氧化鋅；氫氧化鈉；故障處理

First-author’s address: Guangzhou Sanfu New Material Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510663， China

我國堿性無氰鍍鋅工藝研究和應用始于20世紀60年代末，與發(fā)達國家同步。早期的堿性無氰鍍鋅用氫氧化鈉作為鋅離子主要配位體，并加入三乙醇胺或乙二胺四乙酸（EDTA）等螯合劑和有機添加劑，鍍液在短期內工作良好，但隨著鍍液中鐵雜質和有機雜質的積累，鍍液和鍍層性能很快變差，鈍化膜變色，而且廢水處理困難

20世紀80年代初，堿性無氰鍍鋅開始使用改進的有機合成添加劑，國內以DE-81和DPE-III鋅酸鹽鍍鋅為代表，并獲得廣泛的生產應用。當時的堿性無氰鍍鋅不需再加入螯合劑，但也存在一些問題，如鍍層脆性較大容易起泡，厚度≤10 μm，鍍液工藝參數(shù)范圍窄，鋅濃度低（＜10 g/L），允許工作溫度不能超過35 °C，而且電流密度范圍小等，因此，還不可能完全取代氰化鍍鋅。

20世紀末，高性能堿性無氰鍍鋅添加劑輸入中國市場，如ACF-II堿性無氰光亮鍍鋅、ENVIROZIN120無氰堿鋅和ENVIROZIN120無氰滾鍍鋅，PROTOLUX3000無氰堿鋅，JASCO9000BS無氰掛鍍鋅等。國內也加快對這種高性能堿性無氰鍍鋅添加劑的研發(fā)，多家公司已先后推出高性能堿性無氰鍍鋅。這些鍍鋅層光亮，厚度可達30 μm，無脆性，鍍液分散能力和覆蓋能力超過氰化鍍鋅，工藝參數(shù)范圍寬，生產管理簡單易行。因此，高性能堿性無氰鍍鋅已經(jīng)完全可以取代氰化鍍鋅，并在生產中獲得廣泛的應用。

下面以SF-529堿性無氰光亮鍍鋅為例作介紹。

1　SF-529堿性無氰鍍鋅工藝

1. 1鍍液配方及操作條件

SF-529堿性無氰光亮鍍鋅溶液及工藝條件見表1。

1. 2溶液組分

1. 2. 1ZnO

ZnO［鋅含量為80.30%（質量分數(shù)，下同）］只在新電鍍溶液開缸時使用，其鉛含量不得超過0.002%，鎘含量不得超過0.005%。鋅含量會影響分散能力、光亮范圍和電流效率，生產中鋅的補充是通過溶鋅槽中鋅錠的溶解來實現(xiàn)的，可通過分析方法來監(jiān)控。

表1　SF-529堿性無氰光亮鍍鋅工藝條件Table 1　Process conditions of SF-529 cyanide-free alkaline bright zinc plating

1. 2. 2鋅

陽極應選用高純度的鋅（99.99%），低純度的鋅會產生雜質，電鍍易發(fā)生故障。

1. 2. 3NaOH

NaOH使鋅穩(wěn)定在溶液中，并提供導電性，會影響鍍液的分散能力。最好使用精制級或顆粒狀的NaOH，其含量可以通過分析方法來監(jiān)控。

1. 2. 4水

水在堿性無氰鍍鋅工藝中起著重要作用，建議使用軟水或去離子水。不但在開缸時使用，電鍍和洗淋時也要用。硬水會造成鍍層灰暗，可在鍍液中加入調整劑消除，但添加劑消耗增加。這個問題掛鍍比滾鍍更為嚴重。

1. 2. 5光亮劑

光亮劑使鍍層增加光亮，提高鍍液分散能力，擴大電流密度范圍。光亮劑過高，會降低電流效率并導致鍍層起泡和延展性惡化。光亮劑由于電解而被消耗，要按安培小時添加，正常消耗量為180 ～ 300 mL/（kA·h）。鍍液溫度高則消耗量增加，形狀復雜的零件消耗量略大，滾鍍和掛鍍的消耗量也不同。

1. 2. 6輔光劑

輔光劑的作用是提高中低電流密度區(qū)鍍層的光亮度。輔光劑含量過高會增加鍍層脆性，降低結合力，故應視需要與光亮劑同步添加。一般情況下，輔光劑的消耗量為20 ～ 60 mL/（kA·h）。

1. 2. 7凈化劑

凈化劑的作用是處理由鋅陽極和苛性鈉帶進的重金屬和有機雜質，它能提高鍍層清亮度及減少低電流密度區(qū)的白霧。是否使用和用量多少，取決于鍍液雜質污染程度以及鍍液化工材料的純度，一般情況下的消耗量不大于30 mL/（kA·h）。

1. 2. 8調整劑

調整劑用于降低電鍍用水的硬度，軟化水質，減少高、中電流密度區(qū)鍍層發(fā)霧。調整劑一般只在開缸時添加，平常視需要添加。

1. 2. 9抑霧劑

抑霧劑可在電鍍槽液表面形成一層薄膜狀物質，抑制操作過程中產生的煙氣和堿霧。

1. 3鍍液配制

（1） 用耐高溫備用槽（如低碳鋼缸）配槽。

（2） 在槽內加入總體積1/4的水，將計量好的NaOH倒入槽中，攪拌至全溶，此時溶液溫度為80 ～ 90 °C。

（3） 將計量的ZnO加入槽中，不斷攪拌至完全溶解（ZnO溶解必須在60 °C以上）。加水至所需水位，待溶液冷卻至室溫，將溶液抽回電鍍槽，加水至規(guī)定水位。

（4） 加入鋅粉1 ～ 5 g/L，攪拌均勻，靜置，過濾。

（5） 小電流電解1 ～ 2 h，加入計量添加劑，即可試鍍。

1. 4工藝流程

汽車皮帶輪、抽屜導軌等形狀比較復雜且有鹽霧試驗要求的高檔產品堿性無氰鍍鋅的工藝流程如下：

上掛—SF-301B堿性除油2次（配套油水分離器）—SF-301B超聲波除油（配套連續(xù)過濾）—SF-6307陽極電解除油除垢（配套連續(xù)過濾）—水洗2次—SF-202酸洗除油—水洗2次—陽極電解除油（配套超聲波 + 連續(xù)過濾）—水洗2次—酸活化—水洗2次—堿預浸—電鍍鋅（配套溫控23 ～ 28 °C + 壓縮空氣攪拌 + 連續(xù)過濾機 + 光劑自動添加 + 抽風 + 溶鋅槽）—水洗2次—超聲波水洗—出光—水洗2次—三價鉻藍白鈍化（配套空氣攪拌）—水洗2次—超聲波純水洗—純水洗2次—熱純水洗（50 °C）—吹風—烘干—下掛。

2　使用和維護

2. 1堿性除油

工件在鍍前處理時必須除掉所有污垢和油脂，選擇專用化學除油粉和電解除油粉，除油溶液溫度和濃度必須依照供應商的規(guī)定。從除油溶液壽命和帶進生產線雜質最少的角度看，使用油水分離器或過濾器可能更好。

2. 2電解除油

建議一般不作陰極電解除油，只作陽極電解除油。

2. 3酸活化

鋼鐵電鍍前用20% ～ 30% HCl或5% ～ 15% H2SO4在常溫下活化。如有可能，返工件在專用酸槽中退鋅，以免帶進鉻雜質，延長酸的使用時間。鍍液里3 ～ 5 mg/L鉻就會造成鋅鍍層起泡。在清洗和活化工件時，使用SF-202酸性除油添加劑不但可以防止工件過腐蝕，而且延長了酸的使用時間。酸添加劑還會在浸酸溶液的表面分布一層薄薄的泡沫，從而防止酸霧跑到空氣中。

2. 4堿預浸

建議電鍍前使用堿預浸（15 ～ 30 g/L NaOH，0.5 ～ 1.0 mL/L調整劑），可中和酸及調整工件表面，并減少帶進鍍鋅槽的鐵雜質。

2. 5鍍后處理

鍍鋅層鈍化前必須水洗充足，建議增加超聲波清洗，然后用0.3% ～ 0.5% HNO3出光。鍍鋅層鈍化經(jīng)常是形成鉻轉化膜（六價鉻或三價鉻），必須依照供應商的規(guī)定進行鈍化。

2. 6Na2CO3的去除

鍍液在生產過程中會逐步生成和積累Na2CO3，其含量超過80 g/L會降低鍍液電流效率。使用冷凍設備可使過多的Na2CO3結晶析出。

2. 7鍍液中鋅的補充

建議鍍槽采用不溶性陽極，鍍液中的鋅靠溶鋅槽補充，有利于提高鋅陽極利用率和穩(wěn)定鍍液中鋅濃度。

3　故障處理

電鍍生產過程中的故障往往都是由于電鍍液被雜質污染所造成的。電鍍液雜質可能是金屬或有機物，又或是兩者兼有，也有可能是光亮劑過量。

有機雜質往往都是在電鍍流程中從除油槽或酸洗槽帶入的，如從除油槽帶進的油和表面活性劑。金屬雜質可能是鋅陽極、被鍍的工件（如鉛黃銅）和銅陽極棒帶入的銅、鉛雜質以及因掛具的絕緣層破損把鈍化液帶入鍍鋅槽液而引入的鉻雜質。

有機雜質在許多方面影響鍍鋅層質量，如鍍液分散能力差，鍍層起泡，低電流密度區(qū)發(fā)暗，高區(qū)燒焦，鈍化膜變色等問題。

金屬雜質也會在許多方面影響鍍鋅層，如鍍鋅層出光時發(fā)暗或發(fā)黑，鍍層起泡，高區(qū)燒焦，低區(qū)發(fā)暗。生產中出現(xiàn)故障首先要根據(jù)赫爾槽試驗結果進行故障排除，具體方法見表2。

表2　生產故障原因分析和排除方法Table 2　Cause analysis of production problems and their remedies

［ 編輯：韋鳳仙 ］

Application and maintenance of high performance cyanide-free alkaline bright zinc plating

// ZHAN Yi-teng*， HUMing， XIONG Xue-fang， TIAN Zhi-bin， DENG Zheng-ping， ZENG Tao

Based on the SF-529 cyanide-free alkaline bright zinc plating process， the process conditions of cyanide-free alkaline bright zinc plating and the role and use of individual component in the plating bath were introduced. The bath maintenance and treatment methods for common problems were discussed. It provides a reference for application of SF-529 cyanide-free alkaline bright zinc plating process.

cyanide-free alkaline bright zinc plating； zinc oxide； sodium hydroxide； troubleshooting

TQ153.15

A

1004 - 227X （2015） 03 - 0141 - 04

2014-06-11

2014-11-10

詹益騰（1945-），研究員，國務院特殊津貼專家，廣州三孚新材料科技有限公司總工程師，主要從事表面處理新工藝的研究。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） rd@gzsanfu.con.cn。