動態下高速鍍鋅工藝的研究

顧云飛, 邵忠財, 田 微, 朱學松

（1.沈陽興華航空電器有限責任公司,遼寧沈陽 110144;2.沈陽理工大學,遼寧沈陽 110168）

動態下高速鍍鋅工藝的研究

顧云飛1, 邵忠財2, 田 微2, 朱學松2

（1.沈陽興華航空電器有限責任公司,遼寧沈陽 110144;2.沈陽理工大學,遼寧沈陽 110168）

對高速鍍鋅工藝進行了優化,并通過SEM及X射線衍射等方法分別研究了動態條件下鍍鋅的工藝參數對鍍層微觀形貌、結晶取向度以及耐黑變性能的影響,確定最佳工藝條件為:Zn2+120 g/L,流速3.2 m/s,p H值2.2,50 A/dm2,40℃。

高速鍍鋅;黑變;結晶取向

0 前言

鍍鋅產品廣泛應用于工業、農牧漁業、能源、交通、化工、輕工、家電、建筑、通訊以及國防等領域[1-4]。動態下高速鍍鋅與靜態浸鍍鋅相比,既降低生產成本,減小環境污染,又可以節約人力、電力,改善工廠環境,縮小工廠面積,大大提高生產效率,還可以為電鍍的自動化創造非常有利的條件[5]。因此,本文對動態下高速鍍鋅工藝及雜質對鍍層的影響進行了研究。

1 動態下高速鍍鋅的工藝條件

高速鍍鋅的工藝條件為:Zn2+100 g/L,流速3.2 m/s,p H值2,30 A/dm2,50℃。在其他條件不變的情況下,改變其中1個因素,研究該因素對鍍層性能的影響。

2 鍍液流速對鍍層的影響

2.1 鍍液流速對鍍層微觀形貌的影響

圖1為不同流速下所得鍍層的掃描電鏡照片。由圖1可知:鍍層表面由片狀晶粒無序地層疊在一起,流速為2.4 m/s時所得鍍層的晶粒要比流速為4.0 m/s時所得鍍層的晶粒稍微粗大。這是由于大的流速降低了濃差極化,說明隨著鍍液流速的增大,鍍層的結晶更加細致。

圖1 不同流速下所得鍍層的掃描電鏡照片

2.2 鍍液流速對結晶取向度的影響

圖2為在不同流速下所得鍍層的X射線衍射圖。由圖2可計算出在不同流速下所得鍍層的各個晶面的擇優取向度,如圖3所示。由圖3可知:晶面（002）,（004）的擇優取向度占優,都要大于2,但是隨著鍍液流速的增加而緩慢的減少;晶面（100）,（101）,（102）,（103）的擇優取向度都比較小,但都隨著鍍液流速的增大而增大。

2.3 鍍液流速對耐濕熱性能的影響

試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗,實驗結果,如圖4所示。

由圖4可知:在鍍液流速為0 m/s（靜態）時,黑變程度最大,隨著流速的增大,鍍層黑變程度逐漸減小;當流速大于3.2 m/s時,隨著流速的繼續增大,黑變程度變化不大。聯系流速對鍍層晶面擇優取向度來看,晶面（002）,（004）的擇優取向度減小,耐黑變能力變差,其他晶面擇優取向度增大,耐黑變能力增強。

圖2 不同流速下所得鍍層的X射線衍射圖

圖3 鍍液流速對鍍層晶面擇優取向度的影響

圖4 鍍液流速對鍍層黑變的影響

3 電流密度對鍍層的影響

在其他工藝條件不變的情況下,分別在電流密度為10 A/dm2,20 A/dm2,30 A/dm2,40 A/dm2,50 A/dm2下進行電鍍實驗。

3.1 電流密度對鍍層表觀形貌的影響

圖5是電流密度為10 A/dm2和50 A/dm2時所得鍍層的掃描電鏡照片。

由圖5可知:電流密度為10 A/dm2時所得鍍層的晶粒要比電流密度為50 A/dm2時所得鍍層的晶粒粗大很多;且電流密度為50 A/dm2時所得鍍層的表面相對要平整,排列更為緊密。這是由于隨著電流密度的增大,陰極極化也增大,鍍層的結晶就更加細致。

圖5 不同電流密度下所得鍍層的掃描電鏡照片

3.2 電流密度對晶面擇優取向度的影響

圖6為在不同電流密度下所得鍍層的X射線衍射圖。由圖6計算出在不同電流密度下所得鍍層的各個晶面擇優取向度,如圖7所示。由圖7可知:晶面（002）,（004）的擇優取向度占優,均大于1.5,其他晶面的擇優取向度比較小,均小于1.0;從電流密度對晶面擇優取向度的影響來看,晶面（002）,（110）,（004）的擇優取向度都隨著電流密度的增大而減小,晶面（004）減小得最快;晶面（100）,（101）,（102）,（103）的擇優取向度都隨著電流密度的增大而增大。

圖6 不同電流密度下所得鍍層的X射線衍射圖

圖7 電流密度對晶面擇優取向的影響圖

3.3 電流密度對耐濕熱性能的影響

試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗,實驗結果,如圖8所示。

由圖8可知:電流密度對鍍層的黑變程度有較大影響,總體來說,隨著電流密度的增加,鍍鋅層的耐黑變性能增強;當電流密度為50 A/dm2時所得鍍層的耐黑變性能最強;當電流密度小于30 A/dm2時,鍍層的黑變程度隨著電流密度的增加而快速降低;當電流密度大于30 A/dm2時,鍍層的黑變程度隨著電流密度的增加而緩慢降低。這是因為隨著電流密度的增大,陰極極化也變大,鍍層的結晶也比較細致,耐黑變性能增強。結合電流密度對鍍層晶面擇優取向度來看,隨著電流密度的增大,晶面（002）,（004）,（110）的擇優取向度減小,耐黑變能力變差;其他晶面的擇優取向度增大,耐黑變能力增強,這點與流速對鍍層影響的結果一致。

圖8 電流密度對鍍層黑變的影響

4 pH值對耐濕熱性能的影響

試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗,實驗結果,如圖9所示。

由圖9可知:當鍍液的p H值很小時,鍍層的黑變程度很大,隨著p H值的逐漸增大,鍍層的黑變程度逐漸減小;當p H值為2.2時,鍍層的黑變程度最小。

5 主鹽對耐濕熱性能的影響

Zn2+的質量濃度對鍍層質量的影響很大。在較高的電流密度下,Zn2+的質量濃度低于80 g/L時,鍍層的表面發黑,根本得不到光亮的合格鍍層。這是因為在電鍍的瞬間,少量的Zn2+不能夠滿足高的電流密度,只有在較高的質量濃度下,才能得到合格的鍍層。雖然隨著Zn2+的質量濃度的增大,鍍液的黏度也變大,但是在有一定流速的情況下,黏度稍高不會影響Zn2+的擴散。

圖10為試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗的結果。

由圖10可知:隨著 Zn2+的質量濃度的增大,鍍層的黑變程度變小,當其質量濃度為120 g/L時,黑變程度最小。

圖9 p H值對鍍層黑變的影響

圖10 Zn2+對鍍層黑變的影響

圖11 溫度對鍍層黑變的影響

6 溫度對耐濕熱性能的影響

圖11為試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24小時疊片濕熱實驗的結果。

由圖11可知:隨著溫度的升高,鍍層的黑變程度慢慢降低。這是由于溫度的升高,增強了Zn2+的擴散能力,使鍍層變的細致,耐黑變性能增強。但是考慮到溫度過高對于實際生產線來說增加了熱能的消耗,故溫度為40℃即可。

7 結論

本文主要研究了動態下高速鍍鋅的工藝參數對鍍層的微觀形貌、耐黑變性能和晶面擇優取向度的影響,確定最佳工藝條件為:Zn2+120 g/L,流速3.2 m/s,p H值2.2,50 A/dm2,40℃。

[1] 安茂忠.電鍍理論與技術[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2004:87-102.

[2] 虢明芳.中國鍍鋅領域與鋅工業發展[J].技術與裝備,2007（3）:20-22.

[3] 俞鋼強.中國鍍鋅工業的發展及對鋅的需求[J].世界有色金屬,1999（8）:19-21.

[4] Alfanzazi M,Dreisinger D B.The role of zinc and sulfuric acid concentrations on zinc electrowinning from industrial sulfate based electrolyte[J].Journal of Applied Electrochemistry,2001,31（6）:641-646.

[5] Tripathy B C.Zinc electrowinning from acidic sulphate solutions Part IV:Effects of perfluorocarboxylic acids[J].Journal of Electroanalytical Chemistry,2004,27（10）:49-56.

A Research on High Speed Electrogalvanizing Process in Dynamic State

GU Yun-fei1, SHAO Zhong-cai2, TIAN Wei2, ZHU Xue-song2

（1.Shenyang Xinhua Aero-Electric Appliance Co.Ltd.,Shenyang 110144,China;2.Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China）

The high speed electrogalvanizing process was optimized and the effects of technological parameters on the performances of coating,including black patina resistance,micro-morphology and degree of orientation of crystal face,were investigated by SEM and XRD analyses in dynamic state respectively.The best process conditions were determined as:concentration of zinc ion 120 g/L,flow rate 3.2 m/s,p H 2.2,50 A/dm2,40℃.

high speed electrogalvanizing;black patina;crystal orientation

TQ 153

A

1000-4742（2011）06-0012-04

2010-12-27