氯化物全光亮锌铁合金电镀10年应用报告
曾祥德
(新都高新电镀环保工程研究所)

       摘 要 介绍氯化物锌铁合金在防护电镀领域方方面面的应用,总结10所应用实践的基本经验,批出是可望取代电镀锌与热浸镀锌的理想工艺.
关键词 电镀、锌铁合金、应用技术

1 前言
    锌铁合金电镀有酸性和碱性两类溶液,镀层铁含量从0.2%~27%不等,含量高于3%为高铁含量低于1%为低铁含量,以0.2%~0.8%的防护性能最优异。防护性能比锌镀层提高3-5倍已形成共识。
目前国外锌铁合金的应用越来越广泛,在欧洲、日本、美国和亚洲各国已得到大量应用,特别是日本更为广泛,Zn-Fe合金已完全取代了镀锌。
    国内的Zn-Fe合金已开始应用于生产。本工艺为酸性氯化物体系,1992年初用于生产实践,同年《电镀与涂饰》第三期发表笔者的论文。10年来,已先后在国内各电镀杂志发表7篇本工艺性应用论文。
    1997年国防工业出版社出版的第三版《电镀手册》将本工艺编入电镀合金章的锌基合金一节内。
本工艺取代电镀锌,镀厚10μm,经超低铬(CrO32g/L)彩钝后,按GB/T6458-1986标准作盐雾试验7周期(168h),样件钝化膜未变色,也无白锈,完好无损。取代热浸镀锌,将钢管镀厚24μm,经超低铬(CrO30.5g/L)银白钝化后,按GB/T3091-1993标准作硫酸铜浸渍试验,结果表明,完全符合热浸镀锌标准。
这表明本工艺取代电镀锌与热浸锌是较为理想的。
2 工艺要点

 

2.2溶液配制
    先将ZnCL2与KC1用 1/2体积水溶解,加锌粉与粉状活性炭各1g/L处理过滤入槽。以试剂HC1调PH至4。将抗坏血酸用适量水溶解后倒入以10倍水溶解的FeSO4.7H2O溶液内,此时溶液显浑,静置到清澈透明时加入。ZF-A开缸剂以1-2倍水、ZF光亮剂以2-3倍水(夏秋冷水,冬春热水)、ZF-B调整剂以2-3倍水稀释加入。将水补加至所需体积,溶液搅拌均匀,电解4h试镀生产。
2.3 氯化物镀锌液的转化
钾(钠)盐镀锌可直接转化。
用1g/L-2g/L锌粉5g/L-7g/L粉状活性炭处理过滤,以试剂HC1调PH至4,现按本工艺所需成份含量补加即成。原有硼酸无多大影响,随带出量消耗完为止。
3 应用
    氯化物锌铁合金广泛应用于防护电镀的方方面面。挂镀除钢铁零部件外,则为钢管内外、线路金具、板材、轻钢龙骨与玛钢管件等。滚镀正在应用。连续电镀有线材与家用电器内的小管材等。
    本工艺应用10年来,用户作了较为客观的评价。正如哈尔滨仪表厂电镀分厂在《材料保护》2001年第6期发表的《电镀锌铁合金工艺的应用》一文中将应用情况总结为三条:
(1) 锌铁合金镀层硬度高,光亮度好。当镀厚10μm以上时,经机械抛光,其亮度可与镀铬相媲美;
(2) 经银白钝化后,作中盐雾试验,96h无白锈。彩钝后,盐雾试验165h无白锈,且钝化膜不变色;
(3) 锌铁合金比镀锌工艺更稳定,镀液易维护,镀层防护性能比镀锌层提高3倍以上。
    在生产实践中,不公取代了电镀锌,还取代热浸镀锌。因为执镀锌层不完全是纯锌层,确切地说也是锌铁合金层。其组成为:η纯锌层—∈锌—铁层—δ铁锌合金层—y铁—锌层—a铁基体。
镀层除含铁外,还要有一定的镀层厚度。由于镀锌层厚而致密孔隙小,腐蚀介质不易渗入腐蚀基体。
热浸镀锌的铁来自液态锌对铁制锌锅的熔解产生,Zn—Fe液中的铁以离子态(Fe2+)加入的,在电场作用下,主要按异常共沉积机理形成Zn—Fe合金镀层。镀层晶粒比锌层晶粒更加细小而致密,镀厚24μm以上时,细小均匀的晶粒使镀层致密得几乎无孔隙,抗腐蚀性能还超过热镀锌标准(见表2)。

    同时锌铁合金与热镀锌比,在电镀过程中的锌耗、能耗成倍降低,生产成本也成倍降低,从而大大地增强了市场的竞争能力。

4 体会
4.1 镀液稳定性的控制
    pH值是弱酸性溶液的重要工艺条件,关系到溶液的稳定正常。实践体会,在本工艺中尤为重要,因此pH的稳定是本工艺镀液稳定的基础,也是基本经验。
在弱酸性镀液里,一般都以硼酸作缓冲剂以稳定pH,笔者没有加入。工艺试验与生产实践表明,硼酸对本工艺的缓冲作用不大。用试剂配2000mLZn—Fe镀液,1000ML 加硼酸30g,1000ML不加,在相同电流、时间、工件各镀60dm2 后测pH均上升0.1。某厂 Zn—Fe液含硼酸30g/L,镀轻钢龙骨,生产两班倒满负荷,每天还需要用稀HC1调pH,否则影响镀层质量。
此外,H3BO3 在氯锌液中易形成不溶性聚硼酸锌化合物,使阳极表面形成较硬膜层,影响阳极正常溶解,游离于溶液中,还降低镀液导电性能。鉴于此可不用硼酸。
    影响pH稳定除阴极析氢外,则是阳极。停镀取出阳极,生产再挂入,pH稳定。停镀不取阳极,生产时(隔夜)测试pH上升0.5。这在工艺试验与生产应用中均得到验证。
    不取阳极pH上升,是由于锌阳极浸入以锌为主的盐溶液里,无电流通过时,在阳极与溶液两相界面要自发形成双电层。使溶液内氧化与还原反应无规则地不停地进行。反应结果,阳极自溶解,主盐增多,Fe2+氧化成Fe3+加快,pH随之上升。
试验与生产还表明,停镀一个月以上,溶液中虽无阳极,pH也缓慢上升,这是由于空气中的氧不断渗入溶液与Fe2+ 产生氧化反应的结果。
    因此停镀时间较长,恢复生产时应加0.2g/L—0.3g/L抗坏血酸将Fe3+ 还原为Fe2+ 将pH调至4,方能生产。
稳定pH的措施:
(1) 停镀取出阳极,生产时再挂入;
(2) 每天用精密试纸测Ph,高于5用稀盐酸调至4;低于3.5用稀氢氧化钠溶液调至4。
(3) 阴极电流密度,多用中下限,少用上限。电流大,析氢量大,pH上升。
    工艺条件的pH影响镀液稳定性能,基础液中的盐和导电盐也是不可忽视的因素。在生产中只要将主盐和导电盐的浓度,阴极电流密度与pH值控制在工艺范围,镀液就能稳定正常生产。
4.22 独特的后处理工艺
    锌铁合金镀层铁含量在3%—50%需闪镀一层光亮锌才能常规钝化;含铁量小于1%能常规钝化。前者已形成共识,后者并非如此。
    本工艺铁含量0.2%-0.8%。电镀时对工艺条件稍有忽视,钝化膜质量也有影响,这已为生产所验证。
实践证明,氯化物锌铁合金的钝化不能用镀锌的常规钝化,只能用适合于自身特点的钝化工艺。
实践总结:HNO3出光液浓度为1ML/L – 3ML/L,各色钝化液除兰白与军绿钝化液HNO3 3ML/L- 5ML/L外,其余色泽均无HNO3;CrO3除黑钝化30g/L外,其余CrO3均在0.5g/L-5g/L之间。
    本工艺银白钝化,光亮照人,彩色钝化,鲜艳夺目,黑色钝化,油光黑亮,深受用户青睐。
5 结语
    综上所述,10年应用实践表明,锌铁合金对提高镀层质量,减薄镀层,节约金属,减少污染与降低成本方面是取代电镀与热浸镀锌的理想工艺,同时也展示了锌铁合金是一个很有发展前景的防护电镀工艺。