堿性鋅鎳合金電鍍工藝控制要點

周長虹，肖洪兵，王超

(武漢奧邦表面技術有限公司，湖北 武漢 420023)

摘要：簡述了堿性Zn–Ni 合金電鍍的工藝流程及鍍液控制的要點。指出其前處理應做到“四無”──無油、無銹、無掛灰、無氧化膜，而鍍液中NaOH/ZnO 質(zhì)量比和Zn2+/Ni2+質(zhì)量比是影響鍍層中含鎳量的關鍵因素。介紹了用赫爾槽試驗調(diào)整鍍液的操作步驟及現(xiàn)場維護要點。

關鍵詞：鋅鎳合金;電鍍;添加劑;控制;維護

中圖分類號：TQ153.2 文獻標志碼：A

文章編號：1004 – 227X (2013) 01 – 0021 – 04

隨著科學技術和現(xiàn)代工業(yè)的飛躍發(fā)展，鋅鍍層已不能滿足人們對高耐蝕性的要求，電鍍鋅基合金的應用正越來越廣泛。在鋅基合金中，鋅鎳合金(通常含質(zhì)量分數(shù)10% ~ 15%的Ni)的耐蝕性很高(是鋅鍍層的3 ~ 6 倍)[1]，其硬度為200 ~ 250 HV，比堿性鋅酸鹽鍍鋅層的硬度(90 ~ 120 HV)高，而且具有低氫脆性以及良好的焊接性和可機械加工性。另外，其熔點也較高，耐高溫性很好。因此鋅鎳合金是一種優(yōu)良的防護裝飾性鍍層，適合在惡劣的工業(yè)大氣和嚴酷的海洋環(huán)境中使用[2-3]，也被廣泛應用于汽車零部件，特別適用于在高強鋼、彈簧鋼上電鍍[4]，又可作為代鎘鍍層用于軍品。含鎳量在10% ~ 15%(質(zhì)量分數(shù)，下同)的鋅鎳合金鍍層為單相的γ 結構，而且電極電位比Zn 正，其腐蝕電動勢小，故腐蝕速度慢。當合金鍍層發(fā)生腐蝕后，表面生成的腐蝕產(chǎn)物(主要是ZnCl2·4Zn(OH)2)具有良好的絕緣性，對鍍層的進一步腐蝕起阻滯作用，鋅鎳合金鍍層的高耐蝕性及絕緣性只與腐蝕產(chǎn)物有關[5]。研究證明：當鎳含量在10% ~ 15%時，鋅鎳合金鍍層的耐蝕性能最佳[6]，故現(xiàn)代的Zn–Ni 合金鍍層的含鎳量為10% ~ 15%。

1· Zn–Ni 合金電鍍工藝

Zn–Ni 合金電鍍的工藝流程為：化學除油─二級逆流水洗─脫脂酸洗─三級逆流水洗─陽極電解除油─二級逆流水洗─活化─三級逆流水洗─浸堿─電鍍Zn–Ni 合金─四級逆流水洗─浸純水─鈍化─純水洗2 道─熱純水洗─壓縮空氣吹干─烘干。

1. 1 前處理的注意事項

為確保合金鍍層獲得理想的結合力和外觀，工件表面應“四無”，即無油、無銹、無掛灰、無氧化膜。前三“無”電鍍?nèi)司溃詈笠?ldquo;無”常常被忽視。

氧化膜是在工件基體表面形成的一層結構不嚴密的氧化物或吸附物(統(tǒng)稱為氧化膜)，這種不嚴密的物質(zhì)若在電鍍中不能被迅速溶解或清除，而被夾雜在鍍層中時，鍍層的結合力就會大大下降，且鍍層外觀易出現(xiàn)發(fā)花、發(fā)霧、針孔、粗糙等缺陷，帶有氧化膜的工件的表面狀態(tài)被稱為“鈍態(tài)”或“非活態(tài)”。這種狀態(tài)會妨礙合金鍍層在基體表面晶格上的自然延伸，造成各種各樣的電鍍?nèi)毕?。形成金屬表面氧化?鈍態(tài))的原因很多，例如鋼鐵工件進入Zn–Ni 合金鍍槽前必須經(jīng)過酸洗活化，若酸洗活化后在空氣中暴露時間較長，鍍件表面會迅速形成一層氧化膜，有時甚至有浮銹產(chǎn)生，且酸洗活化中酸的濃度越高，鋼鐵件在空氣中越易氧化，因此在酸洗和活化中適量加入添加劑以避免或減少氧化膜的形成，是非常必要的。此類添加劑主要由緩蝕劑、表面活性劑及對鐵基體有活化作用的有機物組成。

由于堿性Zn–Ni 合金對前處理要求嚴格，認真及時地完善前處理工藝是十分必要的，這也是保證產(chǎn)品質(zhì)量極為重要的措施。另外，返工件必須在線外酸洗槽中退除完合金鍍層后才能進入本工藝流程，線上絕對不允許返工件直接生產(chǎn)。另外要注意，掛具走完一個流程后也必須在另外的酸洗液中完全退除了Zn–Ni合金鍍層才能上線使用。若Zn–Ni 合金鍍層沒有每次退盡，輕則影響工件的走位，重則有嚴重的掛具印、陰陽面等。

1. 2 電鍍工序操作

1. 2. 1 鍍液的組成和工作條件

1. 2. 2 鍍液的配制

鍍液配制與堿性鋅酸鹽鍍鋅一樣，配制好后加試劑級鋅粉2 ~ 3 g/L，攪拌30 min 后過濾入槽。把計算好的R•G-281 配位劑和R•G-281 鎳補加劑混合后加入到鍍液中去，再加入計算量的光亮劑，小電流電解數(shù)小時后試鍍。在配制大槽前應配制1 L 鍍液，用赫爾槽試驗確認原材料均沒有問題。配制用水最好是去離子水，最低標準是城市自來水。

1. 2. 3 Zn–Ni 合金與堿性環(huán)保鋅的配槽成本比較

在配槽成本方面，堿性鋅的成本為1.2 元/L 左右，成本與使用添加劑的量有很大關系。Zn–Ni 合金成本是7 ~ 8 元/kg，是堿性鋅酸鹽鍍鋅的5 倍左右，而且這只是配制鍍液的成本，如果加入冷凍、加熱等設備及鎳陽極或鍍厚鎳的鋼板陽極，其投資遠遠大于堿性鍍鋅液。