1 前 言
碱性锌酸盐镀锌已成为镀锌工艺主流,它克服了氰化镀锌的毒害,铵盐镀锌存在对钢铁设备的腐蚀及钝化膜在湿热大气中容易变色发黑等缺点。20世纪70年代,国内开发出了碱性锌酸盐镀锌添加剂,但该类添加剂必须与各自配套的其他辅助光亮剂混合使用,添加使用极不方便。同时,它存在:允许工作温度范围窄,不耐高温,滚镀困难,电流效率较低,沉积速度较慢,生产效率低,抗腐蚀性能不太理想;电沉积时会产生刺激性气体,必须安装通风装置等缺点。
我厂地处山城重庆,冬季气温低寒,夏季气温高,要求电镀工作温度范围宽。原有的碱性锌酸盐镀锌老工艺,冬季生产效率低,夏季滚镀困难,已无法满足我们高技术指标的大生产的要求为此,提出了改进碱性锌酸盐镀锌添加剂的课题。
1996年至今,改用了耐高温碱性锌酸盐环保镀锌光亮剂。此光亮剂为单一型,直接添加使用,平时添加操作与镀液维护管理十分简便。镀液耐高温,电流密度范围宽,电流效率较高,沉积速度快,均、深镀能力好,能抑制气雾,镀液稳定,镀层耐蚀性高。解决了高品质的摩托车部件镀锌的大生产需求。提高了产品质量
2 试 验
试验液成分与工艺条件为:
NaOH 80～120g/LZnO8～12g/L
光亮剂 4～8ml/L
温度 10～60℃
Sa∶Sk 1.5～2.0∶1
Dk 1～5A/dm2
在该工艺条件下分别进行标准霍尔槽试验,镀液性能试验,镀层性能试验,滚镀试验,挂镀试验。
3 结果及分析
3.1 霍尔槽试验
采用JZ T霍尔槽实验仪,267ml霍尔槽,放入250ml镀液,液温25℃,测量上述镀液的光亮电流范围。2A电流的霍尔槽试片可达到全片光亮;3A电流的霍尔槽试片,高区未见烧焦。
3.2 镀液性能试验
3.2.1 电流效率
液温25℃。根据法拉第定律,采用差重法求电流效率。试验结果见表1。从表1可知,前述镀液在25℃时,电流效率在80%～85%。
3.2.2 沉积速度
以4A/dm2的电流密度,电镀5cm×10cm的铁基试片,时间20min,用ZD B智能测厚仪测厚,试验结果见表2。由表2可知,锌的沉积速度为0.55μm/min左右。
3.2.3 分散能力
采用梯形槽,液温为25℃,测定分散能力。用梯形槽试验装置,电流强度1A和2A,电镀时间15min,将试片划分成8部分,然后用ZD B智能测厚仪测出1和5号方格中心部位镀层的厚度δ1、δ5,根据下式计算电解液的分散能力:T=δ5/δ1×100%,结果见表3。由表3可知,槽液分散能力较好,为80%。
3.2.4 深镀能力
采用内孔法测量深镀能力,圆管内径为10mm×100mm的低碳钢管。液温25℃,以4A/dm2的电流密度,电镀20min后取出,纵向剖开,两端镀上锌层的长度共为55mm,可见其深镀能力好。
3.2.5 抑气雾效能
镀件入挂镀槽通电受镀,液面呈泡沫状覆盖层,取pH值为7的广泛试纸,于镀件距液面10cm处,停置2min取出肉眼观察,未见pH试纸变色,说明有一定的抑制刺激性气体逸出的效能。
3.3 镀层性能试验
(1)外观 表面平滑,致密,光亮,均匀。
(2)低铬钝化试验 进行低铬蓝白色和低铬彩色钝化,前者膜层光亮蓝白,后者膜层色彩艳丽。
(3)中性盐雾试验 经低铬蓝白色钝化及低铬彩色钝化,按GB6458-86做中性盐雾试验,分别为21h、10级和180h、10级。
(4)结合力试验 钝化后的工件置入电热鼓风干燥箱内,加热并恒温控制在250℃,保温1h,然后迅速置入室温水中骤冷,未发现镀层脱皮或鼓泡突起,结合力好。
3.4 滚镀试验
按前述工艺进行滚镀,液温10～60℃范围内均可正常生产。由于其沉积速度快,比原滚镀锌工艺节省滚镀时间1/3。
3.5 挂镀试验
采用前述工艺进行挂镀,镀液的使用电流密度较宽,Dk在工艺范围内均可正常工作。深镀能力佳,即使是形状复杂的工件,其深凹低电流密度处,均可得到良好的镀层。在工件有相互遮盖的部位,也能镀上,比原镀锌工艺节省电镀时间1/3。
4 经济效益
我厂全年生产620000辆摩托车。采用原来的镀锌工艺,年耗添加剂费用为740060元;现改用新型光亮剂镀锌后,以同样年生产620000辆摩托车计算,仅耗光亮剂费用为297600元,年节省光亮剂费用442460元,节约了60%。
且该新型光亮剂,其电流效率高,沉积速度快,按镀锌合格率、工效、生产效率的提高及节约电能、化工原料等综合计算,可大大降低生产成本。
5 结 论
耐高温碱性锌酸盐环保镀锌工艺具有以下特点:
(1)镀液工作温度上限提高了50%,在10～60℃范围内能正常电镀生产。镀液耐高温,稳定性好,适合工业化连续生产,满足了我厂大生产的要求。
(2)电流效率提高了15%,节省电镀时间1/3,节材节能并提高生产效率30%。
(3)均、深镀能力好,镀层低铬蓝白色和低铬彩色钝化后的耐腐蚀性能,分别提高50%和150%。
(4)产品一次性合格率提高了20%,提高了工效,节约了原材料。
(5)降低生产成本,大大提高了企业的经济效益。
(6)更适合低铬钝化,并抑制刺激性气体逸出,保护了环境,保障了工人身体健康。
