硫酸鹽鍍鋅光亮劑的研究

魏亞平，呂 鵬，呂成斌，于喜彬，蔣 杰，齊鳳垣

（1?天津市飛鴿集團聯(lián)合化工廠，天津300163；2?天津華源線材制品有限公司，天津301606；3?天津市杰出金屬制品有限公司，天津301900）

硫酸鹽鍍鋅溶液具有低毒環(huán)保，沉積速度快，電流效率高且組分簡單、易于維護等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于線材、帶材和板材鍍鋅。

為了在較大的工藝范圍內(nèi)獲得光亮鍍層，研究者在硫酸鹽鍍鋅溶液中添加天然高分子材料（如：阿拉伯樹膠、明膠、桃膠和糊精等）、芳香族化合物和硫脲及其衍生物等［1］。雖然改善了鍍層質(zhì)量，但由于這些添加劑夾雜在鍍層中，導(dǎo)致鍍層暗淡發(fā)灰，顏色偏黃且不均勻，脆性較大，延展性較差，電鍍電流密度范圍增加有限，添加劑耐鹽性、耐溫性較差易被析出，且耗量大，不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。近年來，開發(fā)了多種添加劑，由芳香醛、芳香酮、聚醚化合物、含苯的脂肪酸、含氮雜環(huán)化合物組成的電鍍添加劑［1‐4］，但質(zhì)量水平良莠不齊。筆者研究開發(fā)了ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑，并選擇市場上某種品牌光亮劑與其進行比較。結(jié)果表明：ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑具有耐鹽性、耐溫性較好，光亮劑不易被析出，光亮劑消耗量低，鍍層光亮且均勻等優(yōu)點，能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

1 鍍液組成和工藝條件

ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑鍍液組成和工藝條件見表1所示。

表1 鍍液組成和工藝條件Tab.1 Bath composition and process conditions

1.1 鍍液組成對鍍層質(zhì)量的影響

硫酸鋅質(zhì)量濃度可在較大范圍內(nèi)變化，一般滾鍍采用較低濃度，線材、帶材電鍍采用中高質(zhì)量濃度。硫酸鋅質(zhì)量濃度較低時，鍍層結(jié)晶細致、緊密，陰極電流密度范圍小，沉積速度慢，陰極電流密度較高時鍍層易燒焦。但當硫酸鋅質(zhì)量濃度過高時，鍍層粗糙，光亮劑易被析出。

硼酸質(zhì)量濃度過高，鍍層起毛刺，陽極易鈍化。硼酸質(zhì)量濃度過低，緩沖能力下降，pH 不穩(wěn)定，鍍層粗糙，鍍層易燒焦。

1.2 工藝條件對鍍層質(zhì)量的影響

pH 一般控制在4?5～5?5 范圍內(nèi)，pH 過低，能改善鍍層的光亮性，但光亮劑易被析出且鍍層發(fā)黃，電流效率低，覆蓋能力較差。pH 過高，鍍層粗糙有夾雜且發(fā)暗。

一般線材、帶材采用較高電流密度，滾鍍和掛鍍采用較低電流密度。通常，只要鍍層不燒焦，盡可能采用較高電流密度。

1.3 光亮劑的選擇

光亮劑的選擇，應(yīng)從電鍍電流密度、鍍層光亮度、結(jié)合力、鍍層脆性、延展性等多方面考慮。光亮劑的選擇應(yīng)使電鍍電流密度范圍寬，鍍層光亮且均勻，結(jié)合力好，鍍層脆性小，鍍層延展性好等。

2 ZL-94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑性能

通過霍爾槽試驗、光亮劑耐鹽性、耐溫性、消耗量等幾個方面，對ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑與某種品牌光亮劑進行了比較。

2.1 霍爾槽實驗

霍爾槽實驗鍍液組成和工藝條件，見表2所示。

表2 鍍液組成和工藝條件Tab.2 Bath composition and process conditions

圖1為采用ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑進行霍爾槽實驗的鍍鋅層外觀。圖2 為采用某種品牌光亮劑進行霍爾槽實驗的鍍鋅層外觀。圖中“橫線”表示半光亮鍍層，空白區(qū)域表示全光亮鍍層，“網(wǎng)線”表示燒焦區(qū)域。

從圖1 可以看出，ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑霍爾槽實驗試片，低電流密度區(qū)（小于0?2 A/dm2）為半光亮鍍層，高電流密度區(qū)為全光亮鍍層。從圖2 可以看出，某種品牌光亮劑霍爾槽實驗試片，低電流密度區(qū)（小于0?4 A/dm2）為半光亮鍍層，較高電流密度區(qū)為全光亮鍍層，而高電流密度區(qū)鍍層有燒焦現(xiàn)象。

圖1 ZL-94型光亮劑霍爾槽試片外觀Fig.1 Appearance of Hall cell test piece for ZL-94 brightener

圖2 某種品牌光亮劑霍爾槽試片外觀Fig.2 Appearance of Hall cell test piece for some brand brightener

2.2 光亮劑耐鹽性

高電流密度能提高生產(chǎn)效率，高質(zhì)量濃度硫酸鋅有利于提高電流密度。ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑耐鹽性好，硫酸鋅質(zhì)量濃度為450 g/L 時，可以正常生產(chǎn)。而某種品牌光亮劑耐鹽性欠佳，只能在硫酸鋅質(zhì)量濃度為400 g/L 以下時，才可以正常生產(chǎn)。

2.3 光亮劑耐溫性

光亮劑由完全溶解轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠秩芙?，其轉(zhuǎn)變時的溫度即為濁點溫度。濁點溫度高，耐溫性好。

分別取500 mL溶液（光亮劑分別為ZL‐94型鍍鋅光亮劑和某種品牌光亮劑），溶液組成如下表3所示。

表3 鍍液組成Tab.3 Bath composition

將溶液放置電爐上加熱，觀察鍍液顏色變化。ZL‐94型鍍鋅光亮劑濁點溫度為95 ℃，而某種品牌光亮劑濁點溫度為78 ℃，表明ZL‐94型鍍鋅光亮劑具有更好的耐溫性。

2.4 光亮劑消耗量

ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑，經(jīng)工廠生產(chǎn)實踐，其消耗量為150～300 mL?kA‐1?h‐1，而某種品牌光亮劑其消耗量為200～350 mL?kA‐1?h‐1。

2.5 鍍層結(jié)合力、脆性和延展性

鍍層結(jié)合力按SJ1282-1977 中繞線法，將金屬絲按次序排列密繞軸桿上10～15 圈，軸桿的直徑等于或接近于試樣的直徑，用肉眼或4～5 倍放大鏡觀察鍍層是否起皮脫落。從鍍層是否有裂紋或裂紋狀態(tài)也可說明脆性和延展性情況。

ZL‐94型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑鍍層結(jié)合力，如圖3 所示。某種品牌光亮劑鍍層結(jié)合力，如圖4 所示?？梢钥闯觯瑑煞N鍍層結(jié)合力都合格，鍍層無裂紋且脆性和延展性較好。

3 結(jié)論

ZL‐94 型寬溫全光亮硫酸鹽鍍鋅光亮劑耐鹽性、耐溫性較好，光亮劑不易被析出，光亮劑消耗量低，電鍍電流密度范圍寬，鍍層光亮且均勻，結(jié)晶細致，脆性和延展性好，能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

圖3 ZL-94型光亮劑鍍層結(jié)合力Fig.3 Coating adhesion for ZL-94 brightener

圖4 某種品牌光亮劑鍍層結(jié)合力Fig.4 Coating adhesion for some brand brightener