周陽(yáng)亮 （廣州市?？祈槺砻嫣幚碛邢薰?，廣東廣州 511400）

0 引言

電鍍鋅具有防腐蝕性能好、成本低、鍍層較美觀等特點(diǎn)，在輕工、機(jī)電、儀表、農(nóng)機(jī)和國(guó)防等工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用［1-4］。目前，鍍鋅工藝主要分為氰化物鍍鋅、酸性鍍鋅和堿性鍍鋅，鑒于氰化物對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，氰化物鍍鋅工藝已逐漸被淘汰［5］。酸性鍍鋅工藝存在均鍍和深鍍能力差、鍍層不易鈍化、脆性高及防腐蝕性能較差等缺點(diǎn)［6-7］，故一般不宜用于對(duì)功能性要求較高或外形較復(fù)雜的工件。而堿性無(wú)氰鍍鋅工藝具有性能穩(wěn)定、成本低、鍍層結(jié)晶細(xì)膩，以及良好的分散能力和深鍍能力，同時(shí)不易腐蝕設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)［8-10］，因此，得到了廣泛的應(yīng)用，目前，堿性鍍鋅工藝所占的鍍鋅市場(chǎng)份額已經(jīng)達(dá)到40%。雖然無(wú)氰堿性鍍鋅工藝已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍存在電流效率低、沉積速率慢、鍍層脆性較高和結(jié)合力較差等缺陷，有待于進(jìn)一步研究和提高［11-13］。廣州市?？祈槺砻嫣幚碛邢薰咀灾餮邪l(fā)了3種堿性無(wú)氰鍍鋅添加劑——300L、306和308，有效克服了目前工藝上的缺陷，具有高效、環(huán)保、操作、維護(hù)簡(jiǎn)單及鍍層性能優(yōu)越等特點(diǎn)，取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果，得到了市場(chǎng)的充分認(rèn)可。

1 工藝介紹

1.1 鍍液組成及工藝條件

3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的組成及工藝條件見表1。

表 1 3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的組成及工藝條件＊Table 1 Bath composition and process conditions of three kinds of cyanide-free alkaline zinc plating solution

續(xù)表 1

1.2 鈍化及封閉工藝

采用HKS-468BC（三價(jià)鉻藍(lán)色鈍化液）鈍化，可以得到一層緊密細(xì)致的保護(hù)膜，鈍化條件為：開缸劑體積濃度40 mL/L、溫度25～30℃、pH 2.0～2.2，鈍化時(shí)間45 s，滯空15 s后用蒸餾水沖洗兩遍，再用HKS-301E（鍍鋅封閉劑）進(jìn)行封閉，封閉條件為：開缸劑體積濃度150 mL/L、溫度35～40℃、pH 4.0～4.5，封閉10 s，然后放入80℃烤箱內(nèi)烘烤20 min。

2 鍍液性能

2.1 分散能力

分散能力采用赫爾槽試片法測(cè)定。在試片水平面的中心線處劃一條直線，再在中心線以上10 mm處劃一條直線，此線與中心線平行。再在兩線間用垂直線分隔成等距離的10個(gè)方格，每格間距10 mm，棄去兩端各1格，還有8格，將近陽(yáng)極的電流高端的鍍層厚度設(shè)為δ1，以后依次為δ2、δ3、……δ8，按下式計(jì)算分散能力。

其中，δi—為任意一格的鍍層厚度，mm；T—堿性無(wú)氰鍍鋅液的分散能力，%；T平均—堿性無(wú)氰鍍鋅液的平均分散能力，%。

3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的分散能力見表2。從表2中可知，3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的分散能力都比較突出，在中高電流密度區(qū)，3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的分散能力變化都很??；在低電流區(qū)，306的分散能力下降較快，308次之，300L最慢。即300L的分散能力最優(yōu)，平均分散能力達(dá)到93.1%，完全能滿足各類產(chǎn)品對(duì)鍍層厚度均勻性的要求。

表 2 3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的分散能力Table 2 Dispersing power of three types of cyanide-free alkaline zinc plating solution

2.2 沉積速率

按照最佳鍍液組成進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，電流密度1 A/dm2，電鍍時(shí)間10 min。采用XDL型X-熒光鍍層測(cè)厚儀（德國(guó)Fischer公司）測(cè)定鍍層的厚度。表3為3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的沉積速率，從表3中可以看出，電流密度在工藝范圍0.5～5.0 A/dm2內(nèi)，3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的沉積速率都比較快，均保持在0.3～0.5 μm/min，其中306的沉積速率最快，在2 A/dm2的電流密度下，沉積速率達(dá)到0.41 μm/min，300L和308的沉積速率比較接近。

表3 3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的沉積速率Table 3 The deposition rate of three types of cyanide-free alkaline zinc plating solution

2.3 電流效率

在自制的試驗(yàn)槽（12 cm×10 cm×10 cm）中，按照最佳鍍液組成及工藝條件，采用掛鍍的方式考察3種堿性無(wú)氰鍍鋅液在不同電流密度下的電流效率，電鍍時(shí)間為30 min，電流效率η的計(jì)算公式如下：

式中，c—電化學(xué)當(dāng)量，g/（A·h）；t—電鍍時(shí)間，h；r—電鍍層金屬密度，g/cm3；d—鍍層厚度，cm；s—施鍍面積，cm2。

表4為3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的電流效率，從表4中可以看出，3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的電流效率都比較突出，隨著電流密度的增大，電流效率都有所下降，在電流密度0.5～3.0 A/dm2范圍內(nèi)，電流效率均維持在50%～85%。在相同的電流密度下，306的電流效率最佳，當(dāng)電流密度為2 A/dm2時(shí)，306的電流效率達(dá)到了71.3%。

表4 3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的電流效率Table 4 Current efficiency of three types of cyanide-free alkaline zinc plating solution

2.4 鍍液的穩(wěn)定性

老化試驗(yàn)是檢驗(yàn)鍍液穩(wěn)定性的最佳方法之一。按照最佳鍍液組成進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，電流密度1 A/dm2電鍍時(shí)間10 min。每鍍8張?jiān)嚻蟀村円合牧垦a(bǔ)加各種添加劑和基礎(chǔ)液，連續(xù)試鍍80張?jiān)嚻?，試片的厚度、外觀、分散能力及表面結(jié)晶均沒(méi)有明顯變化，這表明3種堿性無(wú)氰鍍鋅液的穩(wěn)定性較好，可以在定期補(bǔ)加各種成分的條件下長(zhǎng)期應(yīng)用于生產(chǎn)中。

3 鍍層性能

3.1 鍍層的表面形貌

采用VHX-700FC（KEYENCE產(chǎn)）顯微鏡來(lái)觀察3種堿性無(wú)氰鍍鋅層的表面形貌。3種堿性無(wú)氰鍍鋅層、鈍化層及封閉層的表面形貌圖如圖1所示。從圖中1可以看出，3種堿性無(wú)氰鍍鋅層表面結(jié)晶細(xì)致、排列緊密，經(jīng)三價(jià)鉻藍(lán)色鈍化液鈍化后得到一層均勻的藍(lán)色致密保護(hù)膜，可以有效地保護(hù)鍍層和基材，由于三價(jià)鉻在磨損后沒(méi)有自動(dòng)修護(hù)能力，一般會(huì)通過(guò)封閉層來(lái)增強(qiáng)其保護(hù)性能，從圖中可以看出，經(jīng)封閉后得到一層緊密、細(xì)顆粒狀的保護(hù)膜。相較于300L和306，308鍍層結(jié)晶最細(xì)膩，排列規(guī)則緊密。

圖1 3種堿性無(wú)氰鍍鋅的鍍層、鈍化層及封閉層的表面形貌（×100）Figure 1 Surface morphologies of three types of cyanide-free alkaline zinc plating coating，passavation layer and sealing layer

3.2 結(jié)合力

取鋼鐵工件，按照最佳鍍液組成及工藝條件，在相同條件下電鍍不同厚度的3種堿性無(wú)氰鍍鋅工件，進(jìn)行熱震試驗(yàn)［14］：將鍍鋅工件置于烤箱中，于（200±5）℃恒溫2 h后取出并迅速放入水中驟冷，重復(fù)3次，觀測(cè)鍍層表面若無(wú)起泡或脫落現(xiàn)象，表明鍍層結(jié)合力良好。表5為3種不同厚度堿性無(wú)氰鍍鋅層的結(jié)合力，從表5中可知，3種堿性無(wú)氰鍍鋅層的結(jié)合力都較好，其中306的結(jié)合力最優(yōu)。鍍層厚度≤40 μm時(shí)，鍍層與基材結(jié)合力良好；鍍層厚度超過(guò)50 μm時(shí)，才出現(xiàn)輕微的起泡。

表5 3種堿性無(wú)氰鍍鋅層的結(jié)合力Table 5 Adhesion of three types of cyanide-free alkaline zinc plating coating

3.3 耐腐蝕性能

取鋼鐵工件，按照最佳鍍液組成及工藝條件，分別電鍍3種堿性無(wú)氰鍍鋅層，厚度保持在8～10 μm，采用HKS-468BC藍(lán)色鈍化液鈍化，然后用HKS-301E封閉劑進(jìn)行封閉，按照GB/T 10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)［15］，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 3種堿性無(wú)氰鍍鋅層中性鹽霧的測(cè)試結(jié)果Table 6 Neutral salt spray test results of three types of cyanide-free alkaline zinc plating coating

從表6中可以看出，3種堿性無(wú)氰鍍鋅層在經(jīng)過(guò)鈍化和封閉后，耐腐蝕性都比較優(yōu)異，其中308的耐腐蝕性能最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 3種堿性無(wú)氰鍍鋅工藝均比較優(yōu)越，鍍液穩(wěn)定、鍍層表面形貌緊密細(xì)致。

（2） 300L的分散能力最優(yōu)，平均分散能力達(dá)到了93.1%；306的沉積速率、電流效率和結(jié)合力最優(yōu)，在2 A/dm2的電流密度下，沉積速率達(dá)到0.41 μm/min，電流效率為71.3%；308鍍層結(jié)晶最細(xì)膩、緊密，耐腐蝕性最好。

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