堿性電鍍鋅鎳合金工藝研究_技術文檔_蘇州湛清環保科技有限公司

【摘 要】由於鋅鎳合金鍍層耐蝕性和耐磨性優於純鋅鍍層，國內外紛紛開展了鋅鎳合金電鍍工藝的研究。本文介紹了電鍍鋅鎳合金鍍液的類型和各自的優缺點，重點介紹了堿性鋅鎳合金中各組分的作用以及工藝參數對鍍層的影響。

【關鍵詞】電鍍 鋅鎳合金 絡合劑 共沈積

1   前言

     鋅鎳合金壹般是指以鋅為基含有少量鎳（20％以下）的合金，具有優異的耐蝕性，尤其是在惡劣的工業大氣以及嚴酷的海洋環境中。鋅鎳合金鍍層是近10多年興 起的壹種優良的新型防護性鍍層，國外已得到廣泛應用，國內這方面的研究近幾年發展很快，但實際應用還很少。鋅鎳合金鍍層在保護鋼鐵件方面優點突出，耐蝕性 比鋅鍍層高7～10倍，且氫脆敏感性很小，彩鈍後的鋅鎳合金外觀可保持10年。鋅鎳合金電鍍最先在日本和德國獲得成功，並在汽車工業上獲得廣泛應用，同時 也應用在航空、航天、輕工、家電等領域。近年來，國內已將電鍍鋅鎳合金應用於電纜橋架、煤礦井下液壓支柱、汽車鋼板、五金工具及軍工產品等，大大提高了產 品的耐蝕性能，並節省了原材料。到20世紀90年代，鋅鎳合金電鍍在防護性電鍍中的應用所占比例逐年提高，在歐洲已達36％（1996年）。隨著人們對鋅 鎳合金電鍍工藝認識的進壹步完善，鋅鎳合金鍍層作為壹種具有高耐蝕性、低氫脆性、可焊性和機械加工性等優良特性的防護性鍍層將有更廣泛的應用。

2  鋅鎳合金電鍍液類型及特點

     目前，常用的鋅鎳合金鍍液主要有兩種類型。壹種是弱酸性氯化物鍍液，采用鎳鹽和鋅鹽作為主鹽，氯化物作為導電鹽，硼酸作為緩沖劑。這種鍍液的特點是陰極電 流效率高（95％以上），沈積速度快，鍍層脆性低，汙水處理比較容易，鍍層含鎳量多在11％～15％範圍內，但鍍液的分散能力和覆蓋能力較差。另壹種是堿 性鋅酸鹽鍍液，主鹽壹般采用鋅酸鹽和鎳鹽，特點是鍍液的分散能力和覆蓋能力較高，鍍層均勻、光亮，電流密度範圍寬，適合於復雜零件的電鍍，掛鍍和滾鍍均 可，鍍液對設備腐蝕性小，尤其是對管狀鍍件的內表面沒有腐蝕性，鍍液不含劇毒物，易於管理，合約處理簡單，但陰極電流效率較低（50％～80％）。堿性體 系電鍍鋅鎳合金鍍液由於具有以上特點，所以已被人們廣泛接受，並廣泛應用於汽車、五金、機械等領域。

3  堿性鍍液各成份的作用及工藝條件的影響

     堿性溶液電鍍鋅鎳合金，是在強堿性溶液電鍍鋅基礎上發展起來的。因為鍍液中鎳離子可以改善鍍層的成份、組成及性能，所以堿性鋅鎳合金工藝逐步發展起來。在 強堿性鋅鎳合金電鍍液中，Zn/ZnO、NaOH、鎳離子基本不變，而差異在於絡合劑和添加劑不同。絡合劑和添加劑影響鍍液和鍍層性能的好壞，為此，下面 概括介紹了配方成份和工藝條件在電鍍過程中的作用和影響。

3.1 鋅或氧化鋅

     氧化鋅主要是在溶液中提供鋅離子。鍍液中Zn²⁺/Ni²⁺對鍍層的外觀影響不大，對鍍層的鎳含量影響很大，應控制在2.5～3的範圍最佳。氧化鋅含量在6～12g/L時，鋅鎳合金鍍層的鎳含量在規定的範圍內，耐蝕性最佳。過高過低都影響鍍層的合金成份及耐腐蝕性等質量。電流效率隨鍍液中鋅含量的增加和陰極電流密度減小而提高。

3.2 氫氧化鈉

     氫氧化鈉的含量在100～140g/L時，鋅鎳合金鍍層的鎳含量在規定的範圍內，鍍層的耐蝕性最佳。過高過低都影響溶液的導電性和鍍層的質量。壹方面它是 鋅離子的絡合劑，壹方面又是溶液的導電鹽，起到降低溶液電阻，提高鍍液分散能力的作用。氫氧化鈉影響鍍液的電流效率和穩定性。

3.3 鎳離子含量

     鍍層中的鎳含量隨鍍液中Ni²⁺/（Zn²⁺+Ni²⁺）比值的增大而提高，且鍍層中鎳含量遠小於鍍液中Ni²⁺的百分含量，表現為異常共沈積的性質，這樣獲得的合金為混合相。壹般認為鍍液中的Ni²⁺/（Zn²⁺+Ni²⁺）濃度比對鍍層中的鎳含量、鍍層的外觀有較大的影響，且比值達到0.16後，鍍層中的鎳含量達到最佳耐蝕性的範圍。鍍液中鎳離子含量增加，合金鍍層中的鎳含量增加。並且隨著溶液中鎳離子含量提高，合金鍍層中鎳含量高，鍍件的成本提高，鍍件不易鈍化。

3.4絡合劑

     絡合劑主要作用是絡合溶液中的鋅、鎳離子，形成穩定的絡合物，使鋅、鎳離子配合物的沈積電位相近，發生共沈積，並抑制鎳的化學沈澱。因為鋅、鎳離子在強堿 性溶液中容易形成沈澱，而絡合劑的加入使得鋅鎳離子形成絡合物，降低了其在溶液中的單獨存在。選用氨水作為絡合劑，沈積電流密度超過轉化電流密度時，正常 共沈積變為異常共沈積，單Zn和單Ni的開路電位十分接近，相差小於0.1V，這有利於共沈積。加入有機溶劑如脂肪族胺、脂肪醇胺、羥基羧酸鹽等能對Ni 離子配合，使Zn²⁺、Ni²⁺在Y有機溶劑的沈積電位比水溶液中更接近，更容易沈積。茴香醛與配合物有機 胺反應，生成西夫堿，使鍍液的吸附性增強，而且鎳的配合物也促進了鋅的沈積。酒石酸鹽、檸檬酸鹽及其二者雙絡合體系在抑制鎳化學沈積，使鋅、鎳離子的沈積 電位相近，發生共沈積方面，其效果均不太理想，從而選取穩定常數較大的鎳絡合劑。絡合劑關系到鎳的沈積過程，影響鍍層中鎳的含量，而且胺類化合物是此類絡 合劑的首選。

3.5  添加劑

     三乙醇胺既是絡合劑又是添加劑。作為添加劑，其主要作用是改善鍍層外觀。三乙醇胺能使鍍層結晶細致，增加鍍層表面的平整性，光亮度。但含量高時導致陰極電 流效率的下降。而三乙醇胺含量的增加，使得合金鍍層中的鎳含量也相應增加。添加劑改善了鍍層外觀，加大了電流密度使用範圍，並且提高了鍍液的分散能力和覆 蓋能力。二甲胺、乙二胺等添加劑的加入也有利於提高鍍液的分散能力和獲得光亮細致的鍍層。鋅、鎳離子的放電過程中添加劑有阻化作用，其中鎳大於鋅，因而降 低了在鍍層中鎳的含量。

3.6 光亮劑

    堿性鋅鎳合金鍍液中所用的光亮劑大體上可分為有機化合物和無機化合物。有機化合物包括:1) 胺類與環氧類化合物的縮合物, 如乙二胺或其甲基取代衍生物, 丙二胺或其甲基取代衍生物, 二乙烯三胺或其甲基取代衍生物等與環氧氯丙烷的反應產物, 用量0.1～0.3g/l。2) 芳香醛類: 茴香醛、香草醛、胡椒醛等, 其質量濃度0.01～0.2g/l。無機光亮劑: 如氧化碲、亞碲酸及其鹽、碲酸及其鹽。其質量濃度為0.1～5g/l。無機光亮劑的作用是使鋅鎳合金的比例得到保證, 即使在低電流密度區內也可獲得均勻的合金成分比, 使鍍層具有優良的光亮性。

3.7 陰極電流密度

    隨著陰極電流密度的增加，鋅鎳合金鍍層中鎳含量的變化很小，這是堿性鋅鎳合金電鍍體系的最大優點。即電流密度的變化對鍍層合金成份影響不大。

3.8 溫度

     隨著鍍液溫度的增加，鍍層中的鎳含量先升後降。鍍液溫度在15～35℃都可得到良好的鍍層外觀，溫度高於40℃時，鍍層變得灰暗。溫度過高時，有機添加劑容易發生分解，影響絡合劑光亮劑等的使用效果，進而影響鍍層的氫脆性能和外觀質量。

4  小結

    強堿性溶液電鍍鋅鎳合金對絡合劑和添加劑要求較高,既要鋅、鎳離子在強堿性溶液中不產生沈澱,又要鋅、鎳離子絡合後沈積電位相近,並要在沈積時能夠保證鍍 層中鎳含量在耐蝕性最佳的比例範圍內。所以國內外主要對絡合劑和添加劑展開了廣泛的研究。但堿性溶液電鍍鋅鎳合金存在鍍液補充和廢液處理問題,這需要從絡 合劑和添加劑方面展開深入的研究,以根本解決這壹問題。