電鍍鋅鎳合金生產故障處理

胡素榮，唐作琴，吳志勇

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川 綿陽 621900）

近年來，鋅鎳合金鍍層作為高性能防護鍍層得到越來越廣泛的應用。含鎳量為13 %左右的鍍層耐腐蝕性是純鋅鍍層的 5～8 倍［1］，是一種較為理想的替代氰化鍍鋅層的鍍層。鋅鎳合金電鍍存在的主要問題是鍍液體系的適應性問題，生產不同形狀零件時鍍層的鎳含量難以控制在最佳范圍，鈍化膜層顏色不穩定。本文就鋅鎳合金電鍍半球形殼體時出現中電流密度區鍍層發霧，鈍化膜層顏色暗淡的故障進行了分析。通過降低各成分濃度，調整鋅離子和鎳離子的濃度比，適量添加光亮劑的措施排除了故障，得到了含鎳量約13.7%的鍍層。該故障分析為同行在鋅鎳合金電鍍中提供一定的借鑒意義。

1 故障現象

半球形殼體電鍍鋅鎳合金時，高電流密度區和低電流密度區鍍層質量較好，鈍化膜層顏色鮮艷飽滿，而中電流密度區鍍層發霧，鈍化膜層顏色暗淡。

2 故障分析及處理

2.1 槽液及鈍化液分析

對電鍍槽液主要成分、鈍化液成分及鍍層的鎳含量進行了分析，分析結果與工藝范圍的對比結果如表1、2 所示。鍍層鎳含量為13.0%。從槽液和鈍化液分析結果看，各成分含量均在工藝范圍內，且鍍層鎳含量較合適。

表1 槽液成分及工藝范圍Tab.1 Bath composition and process range

表2 鈍化液成分及工藝范圍Tab.2 Composition and process range of passivation solution

2.2 故障排除參考依據

由于使用的商品鍍液，試劑廠家提供了部分故障處理措施，如表3。在本次故障分析實驗中，根據現象對照調整槽液。

表3 故障排除參考Tab.3 Reference for troubleshooting

2.3 赫爾槽實驗分析

對照工藝說明中的故障及處理措施，由于槽液及鈍化液成分含量均在工藝范圍，考慮添加劑含量的問題，對添加劑的加入量進行了赫爾槽實驗。實驗采用250 mL 赫爾槽，電流1.0 A，溫度30 ℃，溶液的攪拌采用磁力攪拌。實驗記錄如表4。從表4 的實驗結果分析，實驗1 中加入0.1 mL 光亮劑和1.0 mL 絡合劑能明顯改善鍍層的光亮性，但低電流密度區發霧狀況仍然存在，在實驗1 的基礎上增加光亮劑，如實驗2，鍍層狀況較實驗1 沒有改善反而惡化。保持0.1 mL 光亮劑的加入量，增加絡合劑，如實驗3，鍍層狀況惡化；減少絡合劑，如實驗4，鍍層狀況較實驗1 稍有改善，說明0.5 mL 絡合劑更合適。在實驗4 的基礎上逐漸增加光亮劑的加入量，加入0.2 mL 光亮劑時，鍍層狀況最好，再增加沒有明顯改善，當增加到0.5 mL 光亮劑時，仍然沒有改善低電流密度區鍍層發霧的狀況。

表4 赫爾槽實驗結果Tab.4 Results of Hull cell test

取生產槽液5.0 L，按實驗5 的光亮劑和絡合劑的加入量添加光亮劑4.0 mL，絡合劑10 mL。掛鍍實驗0.5 h，鍍層有較多針孔，說明加入添加劑沒有改善鍍層狀況。

2.4 離子濃度調整實驗

添加劑的調整沒有改善鍍層狀況，由于鍍液及鈍化液成分均在工藝范圍內且濃度偏上限，并且要得到鎳含量13.0%左右的合金鍍層，必須嚴格控制鍍液中鋅鎳離子的濃度及兩者的比值［2］，因此考慮離子濃度過高或比例不合適。取大槽溶液4.75 L，稀釋至5.00 L，分析槽液成分：Zn2+濃度7.4 g·L-1，Ni2+濃度 0.75 g·L-1，NaOH 濃度 116.3 g·L-1。通過添加鎳添加劑調整槽液鎳離子濃度，其他組分濃度不變，進行赫爾槽實驗和掛鍍實驗，赫爾槽實驗條件為：250 mL 赫爾槽，電流1.0 A，溫度30 ℃，磁力攪拌。掛鍍實驗條件為：電流密度2.0 A·dm-2，溫度30 ℃，磁力攪拌。鈍化條件為：溫度45 ℃，pH 1.6，時間50 s，實驗結果如表5 所示。實驗1 表明，各組分濃度降低可以明顯改善鍍層質量；實驗1～3 表明Zn2+濃度/Ni2+濃度在8.0～9.9 時鍍層狀況均較好，鍍層鎳含量也基本穩定且處于較好的狀態。

表5 不同Zn2+/Ni2+濃度比的赫爾槽實驗和掛鍍實驗結果Tab.5 Results of Hull cell test and hanging plating test with different Zn2+/Ni2+concentration ratio

2.5 生產槽液的調整

根據實驗結果判定故障原因是各組分濃度過高，對生產線槽液進行電解雖然可以降低Zn2+濃度，但是效率低，浪費資源。先抽取部分槽液暫存，補充純凈水到液標，分析各組分濃度：Zn2+濃度7.9 g·L-1，Ni2+濃度 0.82 g·L-1，NaOH 濃度 115.6 g·L-1，Zn2+濃度/Ni2+濃度為9.6。進行殼體實驗件電鍍，故障現象仍存在，考慮可能各組分濃度仍過高，取5.0 L 溶液進行實驗。邊稀釋槽液邊分析Zn2+濃度，當Zn2+濃度降低到7.4 g·L-1時，分析Ni2+濃度為0.78 g·L-1，NaOH濃度108.4 g·L-1。在此濃度條件下進行掛鍍實驗，鍍層質量較好，鈍化膜層顏色正常，色澤鮮亮。

對生產線采用稀釋的方法進行處理。先取槽液5.0 L，按計算量稀釋，添加鍍鎳添加劑，稀釋調整后的槽液濃度：Zn2+濃度 7.4 g·L-1，Ni2+濃度 0.83 g·L-1，NaOH 濃度106.6 g·L-1。對此槽液先進行赫爾槽實驗，鍍層光亮度欠佳，按0.3 mL·L-1加入光亮劑后，鍍層狀況良好。補充光亮劑后進行掛鍍實驗，鍍層質量較好。對生產線槽液進行稀釋調整，調整后槽液中 Zn2+和 Ni2+濃度不變，NaOH 濃度降到 106.1 g·L-1。按0.3 ml·L-1加入光亮劑后電解1.0 h，進行殼體實驗件電鍍，故障現象消除。

在后續的生產中，每周分析槽液成分，赫爾槽實驗判斷添加劑的補充量，并進行鍍層鎳含量的監測。槽液成分穩定可控，添加劑加入量滿足鍍層質量要求，鍍層鎳含量保持在13.7%左右。

3 結論

半球形殼體電鍍鋅鎳合金時，中電流密度區鍍層發霧，鈍化膜層顏色暗淡的故障原因是槽液各組分含量過高。因此在槽液調整的時候，先調整Zn2+濃度至 7.0 g·L-1左右，再根據 Zn2+濃度/Ni2+濃度的比值調整Ni2+濃度，同時保證NaOH 濃度在105.0～110.0 g·L-1之間。對槽液勤分析，避免各組分濃度變化過大，同時多進行赫爾槽實驗、調整添加劑的加入量、維持槽液穩定，這是保證鍍層質量的有力措施。