堿性鋅－鎳工藝的常見問題分析

王征顥

（科文特亞表面處理技術（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215124）

堿性鋅－鎳工藝的常見問題分析

王征顥

（科文特亞表面處理技術（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215124）

0 前言

隨著國防和民用工業的發展，人們對鋼鐵材料和各種零部件的耐蝕性要求越來越高。北美、北歐等國家要求汽車具有防止融雪鹽腐蝕的能力，因此，對汽車零部件的耐蝕性要求十分苛刻。汽車的質量輕，鋼板用得很薄，普通鍍鋅難以滿足要求。目前鋅－鎳電鍍工藝在市場上的需求呈逐漸增加的趨勢。鋅-鎳合金鍍層中鎳的質量分數為12%～15%，當鎳的質量分數為13%時，鍍層具有最佳的耐蝕性，其耐蝕性是鍍鋅層的3～10倍；當鎳的質量分數為6%～8%時，滲氫極小，幾乎無氫脆。實踐證明，鋅－鎳合金鍍層的機械加工性能和物理性能比鍍鋅層的好。本人結合生產實踐經驗，談談鋅－鎳電鍍工藝的維護及保養。

1 沉積速率慢

1.1 Na2CO3的影響

槽液中產生Na2CO3的原因有：（1）空氣中的CO2和槽液中的NaOH反應生成，隨著工業污染日趨嚴重，空氣中的CO2越來越多，這一途徑生成的Na2CO3不容忽視；（2）從NaOH 中帶來的。根據GB 209-63，苛化法二級固體燒堿中Na2CO3的質量分數應不大于2.5%。當Na2CO3的質量濃度低于50g/L時，對槽液、鍍層沒有明顯的影響；當Na2CO3的質量濃度大于80g/L時，對槽液性能及鍍層質量均帶來不良的影響，出現電流效率低、槽液升溫快、分散能力差、鍍層容易燒焦、電流密度開不大、添加劑消耗量相應增加等現象。Na2CO3的結晶溫度在5℃ 以下，客戶可以利用冬天的有利條件，將結晶的Na2CO3去除。一些客戶在槽外設一個小的冷卻槽，每天冷卻一定的鍍液來控制Na2CO3的質量濃度，保持較高的電流效率。有些客戶在鋅酸鹽鍍鋅槽中使用CaO來去除Na2CO3，有一定的效果，但在鋅－鎳工藝中還沒有嘗試過。

1.2 配位劑的影響

孔較深的零部件需要沉積一定厚度的鍍層時，往往添加較多的配位劑來提高深鍍能力。其實這往往適得其反，添加過多的配位劑，會造成沉積速率慢；此外，對于滾鍍工藝而言，由于滾筒內有效離子質量濃度的更新速率較慢，在零部件的尖端部位由于放電速率快而容易造成發黑等現象。其實要提高鍍液的深鍍能力，主要是控制鋅的質量濃度，配位劑的影響是有限的，配位劑添加過量會帶來負面效果。

1.3 溫度的影響

升高溫度會降低電極反應的活化能，使陰極極化降低，同時提高鍍液中金屬離子的擴散和遷移速率，從而有利于金屬離子在陰極上析出，使沉積速率加快，但添加劑的消耗量也會相應地增加。溫度過高（大于36℃）時，沉積速率很慢，鍍層逐漸被溶解。這是因為升高溫度有利于鎳離子的電沉積，鍍層中鎳的質量分數大幅增加，而鎳本身存在鈍性，沉積速率逐漸降低，同時鍍液的穩定性下降。溫度最好控制在工藝范圍的上限。

1.4 攪拌的影響

對于掛鍍工藝而言，若沒有陰極移動，就算鍍液的深鍍能力再好，掛鉤處還是會出現發黑或漏鍍的現象，而且電流密度需控制在工藝范圍的下限，影響沉積速率。所以陰極移動對于掛鍍而言是不可或缺的。鋅離子與鎳離子的質量濃度比是影響沉積速率的主要因素，若鋅離子的質量濃度高、鎳離子的質量濃度低，利用的電流密度小；相反時，利用的電流密度高，但很容易造成鍍層中鎳的質量分數偏高。只有將鋅離子與鎳離子的質量濃度比控制在工藝范圍的上限，沉積速率才較快。現在有些添加劑，電流密度很高，都不會造成鍍層燒焦，但電鍍后的光亮性下降，外觀較暗。

2 沉積不上鍍層

若零部件在前處理時沒有清洗干凈，會導致沉積不上鍍層。現在都在強調“環保”工藝，有些前處理工藝，堿液的質量濃度低，但除油效果并不好，零部件上的油脂并沒有清除干凈，從而導致沉積不上鍍層。對于熱處理的零部件或碳的質量分數偏高的零部件（如鑄鐵），酸洗時間不宜過長。這些材料中的碳只有很少一部分與鐵形成固溶體，大多數以石墨或滲碳體的形式存在。石墨會降低氫的析出電位，阻礙鋅的沉積。此外，由于工件表面粗糙，甚至覆蓋有氧化層，若酸洗時間過長，容易導致過腐蝕。碳的析出，降低了氫的析出過電位，析氫更嚴重，很難沉積鍍層。宜采用噴砂處理或鍍件入槽后在高于正常電流5～10倍的電流下閃鍍，再用3～5倍的電流加鍍。若NaOH的質量濃度過低（低于90g/L），也容易造成沉積不上鍍層。這是因為NaOH的質量濃度偏低時，鍍液的導電性不佳，電流效率低，沉積上的鍍層有被溶掉的可能。

3 鹽霧性能

對于鋅－鎳電鍍工藝，鍍層中鎳的質量分數、鈍化液的性能都會影響鹽霧性能。鍍層中鎳的質量分數必須控制在最佳的工藝范圍內。鈍化膜在晾干狀態下，膜層很軟，還處于凝膠狀結構，含較多的水分，極易劃傷、碰損。固化溫度低時，膜的交聯度低，孔隙較多，容易吸收外部的水分，鈍化膜不牢固，耐蝕性差。鈍化后加入后浸劑（含三價鉻的封孔劑），在80℃下固化10min，在純水中浸泡30s（檢驗零件的氣密性），后浸劑被溶解，鹽霧測試未達到24h；將固化溫度提高到110℃，鹽霧測試達到240h以上（白銹）。老化溫度過高時，鈍化膜因失水過多而產生龜裂、發脆，各項性能均惡化，鹽霧性能也很差。

4 結語

對于鋅－鎳電鍍工藝，除了上述常見的問題之外，關鍵是將鋅離子和鎳離子的質量濃度比控制在一個合適的范圍內，易于操作與維護。還要控制好鍍液的主要成分及無機、有機雜質的質量濃度，常做赫爾槽測試來確定鍍液是否處于最佳的工作狀態。經常采用小電流電解來凈化鍍液，生產過程中做到雜質不累積、不產生，將電鍍故障控制在最低的水平。全面做好鋅－鎳鍍槽的維護，詳細記錄添加數據，確保鍍層的質量，減少不良品率，提高產能，從而降低電鍍成本。

TQ 153

B

1000-4742（2013）01-0047-02

2011-08-17