寬溫酸性鍍鋅工藝

郭崇武

（廣州超邦化工有限公司，廣東 廣州 510460）

寬溫酸性鍍鋅工藝

郭崇武

（廣州超邦化工有限公司，廣東 廣州 510460）

制定了寬溫酸性鍍酸鋅工藝。滾鍍的最佳工藝為：氯化鋅45 ～ 55 g/L，氯化鉀200 ～ 230 g/L，硼酸30 ～ 35 g/L，402主光劑1 mL/L，402輔光劑30 mL/L，溫度15 ～ 45 °C，pH = 4.5 ～5.5，電壓5.5 ～ 6.5 V。掛鍍時(shí)只需改氯化鋅含量為55 ～ 65 g/L，電流密度1 ～ 3 A/dm2。該工藝允許的溫度范圍寬，鍍液穩(wěn)定，出光快，均鍍能力和深鍍能力好。所用主光劑和輔光劑都具有較好的抗氧化能力。

酸性鍍鋅；溫度范圍；光亮劑；抗氧化性

Author’s address:Guangzhou Ultra Union Chemicals Ltd., Guangzhou 510460, China

1 前言

酸性鍍鋅已廣泛應(yīng)用于防護(hù)性電鍍，由于歷史較短，其工藝中存在的問題還有待進(jìn)一步研究和解決。滾鍍酸鋅液經(jīng)常受鐵雜質(zhì)的污染，當(dāng)用雙氧水處理時(shí)，大部分雙氧水與光亮劑發(fā)生反應(yīng)，使鍍液性能變差[1]。因此，研究具有抗雙氧水氧化能力的光亮劑是目前酸性鍍鋅的課題之一。滾鍍酸鋅鍍液溫度易升高，用冷凍機(jī)降溫，耗電量大，致使鍍鋅成本升高，若用自來水冷卻，對(duì)常溫型鍍液又達(dá)不到預(yù)期的效果。滾鍍酸鋅選擇低電位區(qū)出光快的光亮劑，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。為此，筆者研究并制定了 402酸性鍍鋅工藝，該工藝溫度范圍寬、出光快，所用光亮劑具有較好的抗氧化性。

2 酸性鍍鋅液中各組分的影響

以下采用赫爾槽試驗(yàn)法研究酸性鍍鋅工藝時(shí)，未說明之處的工藝條件均為：1 A，30 °C，10 min，鍍液250 mL。

2. 1 硼酸

從某公司滾鍍酸鋅鍍槽取樣進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，研究硼酸的補(bǔ)加量對(duì)赫爾槽試片的影響，結(jié)果見表1。試片高電流密度區(qū)燒焦，這是長(zhǎng)期使用雙氧水處理鐵雜質(zhì)后光亮劑被氧化所造成的。用100 g/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)鍍液pH至與原鍍液相同(pH = 4.8)。從表1可知，加硼酸后試片高電流密度區(qū)的燒焦面積減小。

表1 硼酸對(duì)赫爾槽試片的影響Table 1 Effect of boric acid on Hull cell test coupon

實(shí)驗(yàn)室研究和生產(chǎn)實(shí)踐都表明，采用較高濃度的硼酸可抑制高電流密度區(qū)鍍層的燒焦，能減少滾鍍生產(chǎn)中滾桶眼子印的出現(xiàn)[2]。目前，酸性鍍鋅工藝一般規(guī)定硼酸的質(zhì)量濃度為25 ～ 35 g/L，個(gè)別供應(yīng)商則規(guī)定為30 ～ 40 g/L。

2. 2 氯化鋅

氯化鋅是酸性鍍鋅溶液的主鹽，增大氯化鋅濃度，高電流密度區(qū)的鍍層不易燒焦，可提高電流密度上限。但氯化鋅濃度高時(shí)，鍍層光亮度下降，尤其是滾鍍酸鋅時(shí)，影響更為明顯。赫爾槽試驗(yàn)表明，降低鍍液中氯化鋅濃度可明顯提高低電流密度區(qū)鍍層的光亮度。當(dāng)鍍液溫度偏高時(shí)，若氯化鋅的濃度在工藝上限，則鍍層較粗糙，將氯化鋅濃度調(diào)至工藝下限，則鍍層較光亮。滾桶轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)鍍液有較強(qiáng)的攪拌作用，因此，滾鍍酸鋅可選用較低的主鹽濃度。如麥德美酸性鍍鋅工藝中，滾鍍液的氯化鋅質(zhì)量濃度比掛鍍液低 15 g/L。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，滾鍍酸鋅鍍液中氯化鋅濃度偏高時(shí)，易生成粗糙的鍍層，氯化鋅質(zhì)量濃度控制在45 ～ 55 g/L為宜；掛鍍酸鋅時(shí)，氯化鋅含量為55 ～ 65 g/L較好。鍍液溫度偏低時(shí)，離子擴(kuò)散速率變慢，應(yīng)適當(dāng)提高氯化鋅的濃度。

2. 3 氯化鉀

氯化鉀既是酸性鍍鋅液的導(dǎo)電鹽，也是鋅離子的弱配位體[3]。用氯化鉀提高鍍液的導(dǎo)電性，可以提高鍍液的均鍍能力和深鍍能力[4-5]。赫爾槽試驗(yàn)表明，當(dāng)氯化鉀含量嚴(yán)重偏低時(shí)，試片低電流密度區(qū)光亮度達(dá)不到質(zhì)量要求。隨著氯化鉀濃度的升高，試片低電流密度區(qū)鍍層光亮度提高。

2. 4 光亮劑

光亮劑是影響滾鍍酸鋅質(zhì)量和成本的重要因素。對(duì)于滾鍍酸鋅光亮劑，其抗氧化能力是一項(xiàng)重要指標(biāo)。例如，某公司酸性鍍鋅光亮劑的赫爾槽試驗(yàn)效果很好，在掛鍍生產(chǎn)線上也表現(xiàn)出較好的性能，但在滾鍍生產(chǎn)線上的3次試生產(chǎn)都以失敗而告終。其原因是，掛鍍酸鋅受鐵雜質(zhì)污染較輕，一般不用雙氧水處理，滾鍍酸鋅受鐵雜質(zhì)污染重，用雙氧水處理時(shí)光亮劑被嚴(yán)重破壞。

若赫爾槽試驗(yàn)時(shí)，試片低電流密度區(qū)有10 mm鍍層呈灰白色，則滾鍍酸鋅的出光速率明顯下降。因此，選擇深鍍能力好和低電流密度區(qū)出光快的酸鋅光亮劑特別重要。

3 402寬溫酸性鍍鋅工藝

3. 1 工藝特點(diǎn)

選用的402主光劑和402輔光劑都具有較好的抗氧化能力，處理鐵雜質(zhì)時(shí)雙氧水對(duì)鍍液的副作用較小。

3. 2 鍍液成分和操作條件

3. 3 光亮劑的補(bǔ)加量

402主光劑：滾鍍100 ～ 200 mL/(kA·h)，掛鍍80 ～120 mL/(kA·h)。

402輔光劑：滾鍍70 ～ 100 mL/(kA·h)，掛鍍60 ～80 mL/(kA·h)。

3. 4 鍍液性能

用500 mL燒杯加熱402酸鋅鍍液，升溫至85 °C時(shí)，鍍液開始轉(zhuǎn)變?yōu)闇啙釥顟B(tài)，表明 402酸鋅鍍液的濁點(diǎn)高，能在較高的溫度下工作。

按3.2節(jié)的配方與工藝，在約20 °C下進(jìn)行不同時(shí)間的赫爾槽試驗(yàn)。觀察赫爾槽試片發(fā)現(xiàn)，鍍至8 h時(shí)鍍層保持全光亮，鍍至9 h時(shí)低電流密度區(qū)有發(fā)霧現(xiàn)象，表明402酸鋅鍍液的穩(wěn)定性較好。

在不同溫度下對(duì)402酸鋅鍍液進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，施鍍10 min。結(jié)果表明，45 °C時(shí)試片全光亮；50 °C時(shí)試片低電流密度區(qū)發(fā)霧，而將402主光劑含量增大至2 mL/L后，試片全光亮，但此時(shí)光亮劑消耗較快。因此，在402酸性鍍鋅工藝中，規(guī)定溫度上限為45 °C。

從某電鍍廠取樣進(jìn)行赫爾槽試驗(yàn)，施鍍10 min得到的鍍層全光亮，向鍍液中加雙氧水氧化30 min后再試驗(yàn)，也未發(fā)現(xiàn)高電流密度區(qū)燒焦和低電流密度區(qū)不光亮的問題。某電鍍廠在自動(dòng)線上使用402工藝滾鍍酸鋅，每班次(8 ～ 10 h)用雙氧水處理鐵雜質(zhì)1次，在電鍍過程中加雙氧水，同時(shí)加活性炭粉吸附氫氧化鐵膠體，并過濾鍍液去除鐵雜質(zhì)，鍍液一直保持較好的性能。

4 結(jié)語

目前，大多數(shù)電鍍廠使用常溫酸性鍍鋅工藝，在35 °C以上生產(chǎn)時(shí)，鍍層的光亮度明顯下降。常溫酸鋅鍍液的赫爾槽試驗(yàn)也表明，35 °C時(shí)鍍層光亮度開始下降，40 °C時(shí)試片低電流密度區(qū)鍍層發(fā)黑。常溫工藝滾鍍酸鋅時(shí)，要用冷凍機(jī)降低鍍液溫度，耗電量較大，尤其是在中國(guó)南方的夏季，使鍍鋅成本加大。而采用402工藝滾鍍酸鋅可用自來水冷卻鍍液，降低生產(chǎn)成本；掛鍍酸鋅則無需冷卻設(shè)施。402酸性鍍鋅工藝推向市場(chǎng)后取得了較好的效益，受到了電鍍廠家的好評(píng)。

[1] 郭崇武, 吳杰. 酸性鍍鋅溶液中鐵雜質(zhì)的處理方法[J]. 電鍍與精飾, 2009, 31 (9): 23-25.

[2] 郭崇武. 滾鍍酸性鍍鋅工藝探討與實(shí)踐[J]. 涂裝與電鍍, 2009 (4): 31-34, 38.

[3] 張?jiān)收\(chéng), 胡如南, 向榮. 電鍍手冊(cè)(上冊(cè))[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1997: 245-246.

[4] 郭崇武, 易勝飛, 李健強(qiáng). 低濃度滾鍍光亮鎳研究[J]. 電鍍與精飾, 2007, 29 (6): 35-37.

[5] 郭崇武. 鉀鹽對(duì)氰化鍍銅溶液性能的影響[J]. 電鍍與精飾, 2011, 33 (3): 27-28, 40.

Acidic zinc plating process over wide temperature range //

GUO Chong-wu

A technology of acidic zinc plating over wide temperature range was established. The optimal process parameters for barrel zinc plating are as follows: zinc chloride 45-55 g/L, potassium chloride 200-230 g/L, boric acid 30-35 g/L, 402 major brightener 1 mL/L, 402 auxiliary brightener 30 mL/L, temperature 15-45 °C, pH 4.5-5.5, and voltage 5.5-6.5 V. For rack zinc plating, the mass concentration of zinc chloride and current density are 55-65 g/L and 1-3 A/dm2respectively while the other parameters are the same as barrel zinc plating. The process has advantages of wide available temperature range, stable plating bath, rapid bright plating, as well as desirable throwing power and covering power. Both the major and auxiliary brighteners have excellent oxidation resistance.

acidic zinc plating; temperature range; brightener; oxidation resistance

TG153.15

A

1004 – 227X (2011) 12 – 0017 – 03

2011–05–14

郭崇武（1960–），吉林輝南人，學(xué)士，高級(jí)工程師，《電鍍與精飾》和《涂裝與電鍍》雜志編委，從事電鍍工藝研究工作，在國(guó)內(nèi)外發(fā)表論文80余篇。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) chongwu.guo@ultro-union.com。

[ 編輯：周新莉 ]