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(shù)（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(shù)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215124）

0 前言

隨著國防和民用工業(yè)的發(fā)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(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～15%，當(dāng)鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%時(shí)，鍍層具有最佳的耐蝕性，其耐蝕性是鍍鋅層的3～10倍；當(dāng)鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～8%時(shí)，滲氫極小，幾乎無氫脆。實(shí)踐證明，鋅－鎳合金鍍層的機(jī)械加工性能和物理性能比鍍鋅層的好。本人結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勪\－鎳電鍍工藝的維護(hù)及保養(yǎng)。

1 沉積速率慢

1.1 Na2CO3的影響

槽液中產(chǎn)生Na2CO3的原因有：（1）空氣中的CO2和槽液中的NaOH反應(yīng)生成，隨著工業(yè)污染日趨嚴(yán)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(jù)GB 209-63，苛化法二級固體燒堿中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于2.5%。當(dāng)Na2CO3的質(zhì)量濃度低于50g/L時(shí)，對槽液、鍍層沒有明顯的影響；當(dāng)Na2CO3的質(zhì)量濃度大于80g/L時(shí)，對槽液性能及鍍層質(zhì)量均帶來不良的影響，出現(xiàn)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(yīng)增加等現(xiàn)象。Na2CO3的結(jié)晶溫度在5℃ 以下，客戶可以利用冬天的有利條件，將結(jié)晶的Na2CO3去除。一些客戶在槽外設(shè)一個(gè)小的冷卻槽，每天冷卻一定的鍍液來控制Na2CO3的質(zhì)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(shí)，往往添加較多的配位劑來提高深鍍能力。其實(shí)這往往適得其反，添加過多的配位劑，會(huì)造成沉積速率慢；此外，對于滾鍍工藝而言，由于滾筒內(nèi)有效離子質(zhì)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(fā)黑等現(xiàn)象。其實(shí)要提高鍍液的深鍍能力，主要是控制鋅的質(zhì)量濃度，配位劑的影響是有限的，配位劑添加過量會(huì)帶來負(fù)面效果。

1.3 溫度的影響

升高溫度會(huì)降低電極反應(yīng)的活化能，使陰極極化降低，同時(shí)提高鍍液中金屬離子的擴(kuò)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(huì)相應(yīng)地增加。溫度過高（大于36℃）時(shí)，沉積速率很慢，鍍層逐漸被溶解。這是因?yàn)樯邷囟扔欣阪囯x子的電沉積，鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅增加，而鎳本身存在鈍性，沉積速率逐漸降低，同時(shí)鍍液的穩(wěn)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(dòng)，就算鍍液的深鍍能力再好，掛鉤處還是會(huì)出現(xiàn)發(fā)黑或漏鍍的現(xiàn)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(dòng)對于掛鍍而言是不可或缺的。鋅離子與鎳離子的質(zhì)量濃度比是影響沉積速率的主要因素，若鋅離子的質(zhì)量濃度高、鎳離子的質(zhì)量濃度低，利用的電流密度小；相反時(shí)，利用的電流密度高，但很容易造成鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高。只有將鋅離子與鎳離子的質(zhì)量濃度比控制在工藝范圍的上限，沉積速率才較快。現(xiàn)在有些添加劑，電流密度很高，都不會(huì)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(shí)沒有清洗干凈，會(huì)導(dǎo)致沉積不上鍍層。現(xiàn)在都在強(qiáng)調(diào)“環(huán)保”工藝，有些前處理工藝，堿液的質(zhì)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(dǎo)致沉積不上鍍層。對于熱處理的零部件或碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高的零部件（如鑄鐵），酸洗時(shí)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(shù)以石墨或滲碳體的形式存在。石墨會(huì)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(shí)間過長，容易導(dǎo)致過腐蝕。碳的析出，降低了氫的析出過電位，析氫更嚴(yán)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(zhì)量濃度過低（低于90g/L），也容易造成沉積不上鍍層。這是因?yàn)镹aOH的質(zhì)量濃度偏低時(shí)，鍍液的導(dǎo)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(zhì)量分?jǐn)?shù)、鈍化液的性能都會(huì)影響鹽霧性能。鍍層中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須控制在最佳的工藝范圍內(nèi)。鈍化膜在晾干狀態(tài)下，膜層很軟，還處于凝膠狀結(jié)構(gòu)，含較多的水分，極易劃傷、碰損。固化溫度低時(shí)，膜的交聯(lián)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(jià)鉻的封孔劑），在80℃下固化10min，在純水中浸泡30s（檢驗(yàn)零件的氣密性），后浸劑被溶解，鹽霧測試未達(dá)到24h；將固化溫度提高到110℃，鹽霧測試達(dá)到240h以上（白銹）。老化溫度過高時(shí)，鈍化膜因失水過多而產(chǎn)生龜裂、發(fā)脆，各項(xiàng)性能均惡化，鹽霧性能也很差。

4 結(jié)語

對于鋅－鎳電鍍工藝，除了上述常見的問題之外，關(guān)鍵是將鋅離子和鎳離子的質(zhì)量濃度比控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，易于操作與維護(hù)。還要控制好鍍液的主要成分及無機(jī)、有機(jī)雜質(zhì)的質(zhì)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(tài)。經(jīng)常采用小電流電解來凈化鍍液，生產(chǎn)過程中做到雜質(zhì)不累積、不產(chǎn)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(hù)，詳細(xì)記錄添加數(shù)據(jù)，確保鍍層的質(zhì)量，減少不良品率，提高產(chǎn)能，從而降低電鍍成本。

TQ 153

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1000-4742（2013）01-0047-02

2011-08-17