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钢丝氯化物光亮镀锌新工艺的研究及应用
2006年7月20日 9:37  
【摘要】介绍了钢丝采用氯化物光亮镀锌工艺的特点、工艺规范、镀液各成分 的作用及工艺条件。本工艺具有电流效率高、沉积速度快、镀层结晶细致、外观光亮以及维 护操作方便综合生产成本较低等一系列优点。
【主题词】钢丝 镀锌 工艺规范 缓冲剂 光亮剂

国内钢丝电镀锌以往多采用硫酸盐镀锌工艺,硫酸盐镀锌工艺虽然具有沉积速度快、生产成 本低等特点,但镀层质量却无法和热镀相比。为了既能满足钢丝高速电镀的需要,又要进一 步提高产品质量,降低生产成本,氯化物光亮镀锌工艺的开发为钢丝镀锌创造了有利的条件 。从许多单位投产应用的实践来看,氯化物光亮镀锌用于钢丝镀锌完全可以达到国家规定 的质量标准,它既保持了硫酸盐镀锌沉积速度快的优点,而其外观光亮程度是硫酸盐镀锌所 无法比拟的,因此,氯化物光亮镀锌在钢丝镀锌上推广应用具有广阔的发展前景。

1 钢丝电镀锌的特点

钢丝电镀锌和一般机械零件电镀锌相比,有以下5个显著特点:

①时间短。一般机械零件电镀时间需10分钟以上甚至半个小时,而钢丝电镀锌仅为几十秒钟 。

②电流密度大。为了在极短的施镀时间内获得足够的锌层厚度(或称上锌量),钢丝电镀时必 须采用较高的阴极电流密度,通常为机械零件电镀时的5~10倍。

③对镀液分散能力和深镀能力要求不高。一般机械零件几何形状复杂,为了获得厚度比较均 匀的镀层,镀液需具有良好的分散能力和深镀能力。由于钢丝形状简单,因而对镀液的分散 能力和深镀能力要求是不高的。

④浓差极化作用小。一般零件镀锌通常不附加阴极移动装置,即零件在镀液中是静止的,即 使附加阴极移动装置,速度也不可能太快。而钢丝电镀时一般是横向从镀液中高速穿过来实 施电镀过程的,因而造成的浓差极化作用很小。

⑤阴阳极间距离小。一般机械零件电镀时是垂直悬挂在镀槽中间阴极杠上,阳极也是垂直分 挂在镀槽两侧,阴阳极距离通常在20厘米左右。而钢丝电镀时是横向从镀液中穿过,锌阳极 则铺在槽底,阴阳极之间的距离仅为几厘米。

通过以上对钢丝电镀锌特点的分析可以看出,钢丝镀锌完全照搬一般机械零件的氯化物光亮 镀锌工艺是不行的,而必须另辟蹊径。根据钢丝镀锌的特点,必须对现行的一般零件氯化物 光亮镀锌工艺进行较大的改动,从光亮剂上进行筛选并加以改进,研制出完全适合钢丝电镀 的氯化物光亮镀锌新工艺来。

2 实施钢丝氯化物光亮镀锌的条件

鉴于钢丝电镀锌的特殊要求,适用于钢丝电镀的氯化物光亮镀锌工艺必须具备以下条件:

①钢丝电镀锌对镀液的分散能力和深镀能力要求不高,但要求施镀时电流效率高、沉积速度 快。因此镀液中的主盐浓度应尽可能提高密度以便施镀时能在较大阴极电流条件下操作。

②因为钢丝施镀时间很短,因此镀液中采用的专用光亮剂必须具备快速发光的特点,能在几 十秒钟内充分发挥其作用。

③由于提高阴极电流密度需要,除钢丝镀锌溶液中的主盐浓度应高于一般机械零件镀锌溶液 的浓度外,由于钢丝镀锌一般为连续生产,镀液容易升温,特别在夏季生产时矛盾更为突出 。因此,对钢丝氯化物光亮剂的适用温度范围要求较宽。

综上所述,适合于钢丝镀锌的氯化物镀锌光亮镀锌工艺除配方不同于一般零件镀锌外,采用 的专用光亮剂也要适合钢丝镀锌的特点,它必须具备高效、强力、宽温等优异的性能,只有 这样才能使氯化物光亮镀锌工艺在钢丝电镀锌应用上付诸实施。

3 钢丝氯化物光亮镀锌工艺

3.1工艺流程

放线→冷水洗→酸洗→冷水洗→镀锌→回收→冷水洗→热水洗→烘干→收线

3.2工艺规范

适合钢丝镀锌的氯化物光亮镀锌工艺规范如下:

  氯化锌    120~180g/l
  氯化钾    200~220g/l
  缓冲剂    20~40g/l
  SZ光亮剂    12~15mg/l
  pH值    4.8~5.6
  温度    室温
  阳极电流密度    1.5~3.0A/dm2
  阴极电流密度    15~30A/dm2

3.3 各种成分的作用及工艺条件的说明

3.3.1 氯化锌

氯化锌是本工艺的主盐,浓度过低时,沉积速度慢,镀层易烧焦。采用较高浓度可以提高电 流密度,加快沉积速度,但含量过高时,会导致镀层粗造。

3.3.2 氯化钾

氯化钾主要起导电作用,并对锌离子有微弱的络合作用。氯化钾含量高,导电性好,而且促 使镀层结晶细致。但含量过高,效果也不明显,而且在温度较低时,会有结晶析出。

3.3.3 缓冲剂

为了维持镀液的pH值在最佳工艺范围内,在镀液中需加入适量的缓冲剂。这样可以促使镀层 结晶细致、均匀光亮,对稳定镀液,提高镀层质量作用很大。缓冲剂根据货源情况可以选用 硼酸、氯化铵、乙酸盐或柠檬酸盐等物质。

3.3.4 光亮剂

SZ是钢丝采用氯化物镀锌的专用光亮剂,是保证镀层质量的关键所在。前己述及,钢丝镀锌 属高速电镀的范畴,镀液速度较高,施镀时钢丝在镀液中高速穿过,为了在极短的施镀时间 内沉积出足够的锌层厚度,必须采取较高的阴极电流密度进行操作。因钢丝几何形状简单, 对镀液的分散能力和深镀能力要求并不高,所以不能沿用一般的氯化物镀锌光亮剂,而应该 采用适合于钢丝高速电镀的高效、强力、宽温型的专用镀锌光亮剂,SZ既属于此类光亮剂。

镀液中未加入光亮剂时,虽然也能镀取锌镀层,但所得镀层粗糙、灰白、镀层外观质量较差 。当镀液中加入适量的光亮剂后,情况则发生了根本性的变化,镀层结晶细致,均匀光亮, 外观宛如镀铬。但光亮剂的含量一定要适量,含量低,光亮作用不明显;含量过高,镀层虽 然很高,但易发脆、脱皮。

SZ光亮剂分Ⅰ型Ⅱ型两种,配槽时用Ⅰ型,平时补充用Ⅱ型,镀液经净化处理后需适当补充 Ⅰ型。

3.3.5pH值

pH值的高低对本工艺的性能影响较大,pH>6时,会产生氢氧化锌沉淀,镀层局部出现黑色 条纹;pH值低时,阳极溶解加速,电流效率下降。

3.3.6 温度

温度低于5℃时,电流密度不能开大,升高镀液温度可提高电流温度并能改善镀层的延展性 。SZ可以在宽广的温度范围内作用,在5~65℃范围内均可得到细致光亮的锌镀层。

3.3.7 阴极电流密度

阴极电流密度的大小随溶液离子的多少,液温的高低,光亮剂含量等条件而定。阴极电流密 度小,沉积速度慢,镀层光亮度差;阴极电流密度过大,镀层发脆,并易烧焦。

4 推广应用情况

钢丝氯化物光亮镀锌十年多来经过反复实 践,不断改进,技术已日臻成熟。该新工艺已在天津、河北、内蒙、山东、山西、浙江、安 徽、宁夏、吉林、湖北、广东等省、市、自治区推广应用,取得了显著的经济效益和社会效 益。

5 结论

钢丝氯化物光亮镀锌新工艺和其它电镀工艺相比,具有沉积速度快、镀层质量好、镀液中各 种成分稳定、操作维护方便等特点,而且综合成本还有所下降,如原来就有电镀作业的单位 ,可以沿用原有设备或只要稍加改造可以改为新工艺,大大节省设备投资。
 
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