淺析電鍍鋅及其添加劑

1、.淺析電鍍鋅及其添加劑轉自： 技術論壇時間： 2004 年 8 月 31 日 21:43浙大專家樓·美倫得電鍍技術中央研究室（310028）豐志文博士一、前言鋅鍍層一直是眾多行業(yè)鋼鐵制件防護的主要防護層，它具有優(yōu)良的防蝕性能，良好的涂裝性和焊接加工性能，且成本較低。同時，電鍍鋅技術經(jīng)過上百年的改進完善，目前已有多種成熟的工藝技術，筆者通過對各類工藝的對比試驗，現(xiàn)在系統(tǒng)地作一分析，供廣大電鍍界同仁參考。二、電鍍鋅溶液概述通常，我們按酸度將鍍液分為堿性和酸性兩大類，具體見表一：綜觀各類型鍍液，氰化物鍍鋅工藝成熟，鍍層結晶細致，鍍液分散能力好，但因其毒性較大，含氰廢水的處理也較困難。國內所

2、占比例正在逐漸縮小，取而代之的是無氰工藝，堿性鋅酸鹽鍍鋅體系是從 70 年代初迅速發(fā)展起來的，其成份簡單，易于維護，鍍液對設備無腐蝕，鍍層結晶與氰化物型相似，需選用良好的添加劑，如果沒有良好的添加劑，只有得到海綿狀鍍層，并且其鍍層脆性也不及氰化鍍鋅層。酸性類型鍍液又以氯化鉀 / 氯化鈉型為主流，這種工藝基本上克服了銨鹽鍍鋅和堿性鋅酸鹽鍍鋅的工藝缺點，具有深鍍能力強，分散能力好，鍍層質量相當于氰化物鍍鋅工藝，并且對環(huán)境污染程度小，電鍍廢水易處理。下面將重點介紹。而硫酸鹽型鍍鋅液因成本低，鍍液穩(wěn)定，電流效率高，沉積速度快，在線材及帶材鍍鋅方面仍為主要應用工藝。三、國內無氰工藝的研究無氰工藝現(xiàn)以堿性

3、鋅酸鹽型和氯化物型兩類為主。 首先我們來討論一下堿性鋅酸鹽鍍鋅的電鍍作用機理：鍍鋅液中鋅離子與氫氧化鈉生成絡合物鋅酸鈉，其反應式為：ZnO + 2Na OH + H2ONa2Zn(OH)4 .陰極反應過程：Na2Zn(OH)4 2 Na+ Zn(0H)42Zn(OH)4 2-+2e Zn + 4OH 堿同時也伴有氫析出2H + 2e H 2陽極反應過程：Zn + 4OH Zn(OH)4 2 + 2e4OH 2e O2 +2 H2O為使鍍液能使結晶細致光亮，改善鍍液分散能力和均鍍能力，需添加光亮劑，現(xiàn)應用的添加劑大多是有機胺與環(huán)氧丙烷的合成產(chǎn)物，如： DE、DPE- 、 DPE- 、 DPE-

4、、 KR 7 等，同時還需要添加適量有機與無機添加劑組合，使鍍層平滑細致。表二中配方三采用改進型堿性無氰鍍鋅光亮劑，它的電流密度范圍寬，可達 0 56A / dm2 ，出光速度快，鍍層外觀光亮平整，裝飾效果及防蝕效果比傳統(tǒng)的 DE型和 DPE型優(yōu)點更為突出，已被眾多生產(chǎn)廠家所認可。堿性鋅酸鹽鍍液的典型配方見表二：鍍液組成及工作條件, (g / l )DE 型DPE型改進型氧化鋅， ZnO10 15813.7 15氫氧化鈉， NaOH100150堿性（無氰）鍍鋅光亮劑7 10 毫升香草醛 (ml / l )0.05 0.15茴香醛混合光亮劑(ml / l )0.05 0

5、.06EDTA0.5 1.5.香豆素0.4 0.6DE型光亮劑（ ml / l）4 6DPE光亮劑 (ml / l )48DPE光亮劑 (ml / l )48三乙醇胺 (ml / l)1020.陰極電流密度 (A / dm2)0.5 40.540.5 6溫度( )15 40104020 40弱酸性氯化物鍍鋅技術，目前在世界和國內鍍鋅界中可謂一枝獨秀，其發(fā)展速度非?？?，由于其眾多的優(yōu)點成為各廠家鍍鋅的首選工藝。首先討論其電鍍機理為：（1） 陰極反應過程，氯化鋅在水溶液中離解ZnCl 2Zn2 2Cl 電解時，鋅離子在陰極上得到電子，沉積出鋅：Zn2 + 2e Zn2H + 2e H2 (2 )陽

6、極反應過程，鋅陽極在大量CL存在時很容易溶解.Zn Zn 2 + 2e4OH 4e 2H2O + O2該工藝又分為氯化鉀型和氯化鈉型，氯化鉀型工藝配方及操作條件見表三：工藝組成及操作條件一（滾鍍）二（滾鍍）三（掛）四（掛）氯化鋅， ZnCl30 4040 5050 7045 60氯化鉀， KCl200 300180 210180 220180 210硼酸， H3BO325 3025 3025 3525 30.CZ 87A 劑(ml / l )15 20光亮劑 A(ml / l )15 2015 20YDZ光亮劑 (ml / l )10 15檸檬酸鉀40 70PH值5 5.64.5 5.854.

7、5 5.8電流密度（ A/ dm2 ）.0.5 31 100.8 30.5 7溫度（）10 605 805 405 80氯化鈉型工藝配方及操作條件見表四：工藝組成及操作條件一（滾鍍）二（滾鍍）三（掛）四（掛）氯化鋅， g / l30 4040 5060 7045 60氯化鈉， g / l200 230160 180.200 230160 180硼酸， g / l25 3025 3025 3025 30CZ 87A 劑， ml/l15 2015 20光亮劑 A，ml / l15 2015 20PH值5 5.64.5 5.85 5.64.5 5.8溫度（）10 605 6010 45.5 60電流

8、密度， A/ dm20.5 31 101 40.5 7滾桶轉速， r / min67 9從各配方可知，主鹽、導電鹽、緩沖劑基本上大同小異，沒有什么太大的變化，重點就在于添加劑技術，看國內新一代添加劑，都是由主體光亮劑、載體光亮劑和輔助光亮劑組成，下面就作以介紹。分子結構中的苯基和C=O 鍵都有助于光亮劑的吸咐，增加陰極極化；CH=CH鍵又可降價Zn2+的還原速度，從而達到光亮和細化晶粒的作用。在氯化鈉型鍍液中，則選取用吡喃酮類物和芳醛季胺型（AN）化合物，又如武漢材保所的研究認為用丙酮和呋喃（糖醛）在堿性條件下經(jīng)縮合而成的呋喃丙酮效果較好。2 載體光亮劑由于主體光亮劑有憎溶作用，故必需選用載體

9、光亮劑來增加其溶解性，該類物質大多為一些表面活性劑，有非離子型的聚醚類化合物，如：聚氧乙烯脂肪醇醚 （平平加） ，分子式 R O（ CH2CH2）n H ；聚氧乙烯烷基酚醚（TX）。要想使鍍液在較高溫度下穩(wěn)定工作，就需要選用高濁點的載.體光亮劑，通常，提高其濁點的途徑有以下四種：（ 1）調整載體光亮劑的 HLB值。一般認為選取 HLB值為 1518 的范圍比較好；（ 2）對非離子表面活性劑（如平平加類）進行磺化處理或酯化處理，可達到提高其濁點的目的；（ 3）由非離子表面活性劑（聚氧乙烯類）與陰離子表面活性劑（如：十二烷基苯磺酸鈉）級合成為復合載體光亮劑。（4）采用不同n 數(shù)的平平加按一定比例混

10、合后再進行磺化處理，或采用不同品牌的OP進行磺化處理，提高濁點。根據(jù)上述途徑為依據(jù)，我們制得了乳化能力強，濁點高達800C 以上的優(yōu)良載體光亮劑A 。3 輔助光亮劑為了擴大鍍液光亮電流密度范圍，增加陰極極化，加強低位光亮效果，獲得全光亮鍍層，還需要加入輔助光亮劑。如：苯甲酸鈉、苯丙烯酸、鄰羥基苯丙烯酸、硫脲、擴散劑 NNO（亞甲基雙萘磺酸鈉）等。我們用載體光亮劑A 配合主體光亮劑和輔助光亮劑制成的光亮劑A ，通過廣東、 江浙等省五十多個廠家使用取得了良好的反映，其優(yōu)點是操作溫度寬，在 170時仍可使鍍液的分散能力和深鍍能力很好，所得鍍層細致光亮，脆性小且消耗量低，并具有雜質自抑功能。四 、 鍍

11、鋅后處理技術鍍鋅后處理的技術亦不容忽視，它對于保證鍍層外觀及使用質量具有重要的作用，其中又是以鉻酸鹽鈍化技術為主。鍍鋅層的鉻酸鹽鈍化，就是將鋅鍍層放入具有氧化性物質組成的溶液中進行化學處理，使其表面形成一層鉻酸鹽薄膜的工藝過程。按鍍鋅層鈍化后的顏色由淺至深可分為：銀白色膜 / 藍白色膜五彩膜 金黃色膜綠色膜軍綠色膜 / 橄欖色膜黑色膜。各色鈍化膜的耐腐蝕性能由淺至深依次加強。按含鉻量可分為高鉻酸型、低鉻酸型和超低鉻酸型。在以往廣泛采用高鉻酸鈍化工藝，但其污水的處理令人費神，為解決廢水問題，廣大電鍍工作者開發(fā)了許多低鉻酸鈍化技術，深受廣大電鍍廠家歡迎。.根據(jù)筆者對眾多廠家的反映中，歸結推薦以下配

12、方供參考之用：銀白色鈍化液配方：配方一（ g/l ）：配方二（ g/l ）鉻酐7.2 81 5硝酸（ d： 1.42 ）3 7.5ml/l0.5 1ml/l銀白鈍化粉1.8 2.0碳酸鋇0.5 1PH值1.5 21.5 左右溫度（）室溫10 40.鈍化時間（秒）5 810 左右：自行研制。藍白色鈍化液的配方：（g/l ）成份及操作條件含量藍白鈍化粉4 6硝酸10 20ml/lPH值0.8 1.2時間（秒）5 15溫度（）15 20低鉻五彩鈍化配方：.成份及操作條件（g/l ）（ 1）（ 2）（ 3）鉻酐 CrO31.2 1.75 75 7ZnSO4·7H2O1.5 2.5低鉻五彩鈍化

13、粉6 7硫酸鉀 ,K2SO40.4 0.5氯化鈉 ,NaCL0.2 0.3硝酸 ,HNO3.0.5ml/l醋酸（ 36%）4 6ml/l鋅粉0.1g 左右PH值1.6 2.01 21.5 2.5溫度（）室溫室溫室溫鈍化時間（秒）30 505 810 30：自行研制。.低鉻金黃色鈍化的配方：（質量份）成份及工作條件含量（ g / l）低鉻金黃鈍化劑1水50鋅粉0.2 0.5PH值1.5 左右鈍化時間（秒）10 30溫度（）室溫：自行研制。軍綠色鈍化液配方：成份及工作條件含量（ g / l）鉻酸酐 ,CrO3.30 35硝酸 ,HNO35 8ml/l硫酸 ,H2SO45 8ml/l鹽酸 ,HCL5

14、 8ml/l磷酸 ,H3PO410 15ml/l溫度（）20 35PH值1 1.5鈍化時間（秒）45 90為了滿足市場的需求，我們又集中力量研制開發(fā)成功了厚膜型鍍鋅橄欖色黑色鈍化技術，抗蝕性可通過 240h 中性鹽霧試驗，其顏色根據(jù)用戶自己的調節(jié)，可得到淺橄欖色 橄欖色 軍綠色 深橄欖色 黑色鈍化膜層，十分方便。配方及操作條件如下：成份及操作條件（g / l）.黑色鈍化橄欖色鈍化鉻酐3030A 劑200ml/l200ml/lB 劑28ml/l1 6ml/l鋅粉0.5 10.5 1PH值0.8 1.50.8 1.5時間60 180 秒60 180 秒空停時間20 秒20 秒水洗時間. 20 秒 20 秒 自行研制。