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四、滚镀锌

普通钢件镀锌属于典型的阳极保护性电镀,当基体洞穿后,锌镀层与基体组成原电池,锌作为阳极优先被腐蚀,因此保护了基体金属。但钕铁硼材料中约占1/3的钕的电位-2.431V,而锌的电位-0.766V,则锌镀层对钕铁硼基体难以起到明显的阳极保护作用。阳极保护作用不明显,则防腐性就要靠镀层的致密度来保障,而目前钕铁硼电镀广泛使用的酸性镀锌工艺,镀层致密度低,因此不能对基体起到有效的保护作用。试验结果表明,同等情况下钕铁硼镀锌层的耐蚀性不如镀镍层,而普通钢件则相反。并且,锌镀层(相对于镍、铬等镀层)不能长久保持漂亮的外观,这使其装饰性作用也会大打折扣。所以,钕铁硼镀锌一般用在档次不高且使用环境不太差的的产品上以降低成本。

1.氯化钾镀锌

氯化钾镀锌是钕铁硼镀锌应用最早、最广泛的一种镀锌工艺,多年来使用效果不错,一般采用5kg滚筒,滚镀1.5-2小时,镀层厚度8-10um,蓝白钝满足24小时甚至更高中性盐雾实验的要求没有问题,彩钝会更好些。

氯化钾镀锌工艺成熟、稳定、操作方便,电流效率高、镀速快,可以获得结合力不错的镀层。但由于镀液大量使用具有增溶和细晶作用的表面活性剂,这些表面活性剂在细化结晶的同时,会在镀层中大量夹附而使镀层纯度下降,则镀层防腐能力下降。另外,受表面活性剂的影响,钝化膜也容易变色,彩钝膜色淡、结合力不牢等。所以,目前钕铁硼广泛使用的氯化钾镀锌得到的其实是一种纯度不高、防腐不佳的镀层。

没有添加剂的氯化钾镀锌无法获得细致光亮的镀层,但添加剂中的表面活性剂又会给镀层质量带来不良影响(如防腐差、彩膜不牢、不粘胶等),所以为尽量减少这种影响,生产中应对添加剂进行合理控制。

①严格控制添加剂的用量,本着够用就行的原则,不片面追求镀层亮度,需知,镀层亮度越高,镀层中表面活性剂夹附就越多,质量就越差。

②严格控制补加方式,本着少加勤加的原则,最好采用自动添加机,这样可避免镀液中添加剂忽高忽低,以稳定镀层质量。

另外,加强镀后操作或采取措施,可以使本就脆弱的氯化钾镀锌层的耐蚀性得到一定程度的补救。

①镀后钝前的清洗

镀件出槽后表面会吸附很厚的表面活性剂,这些表面活性剂如果不清洗干净,会给钝化膜质量带来很大的隐患。可以采用多道水洗、热碱水洗或1%~2%稀硝酸水洗等办法加强清洗。

②采用优质三价铬钝化液

优质三价铬钝化液可能含有改善膜层外观和提高耐蚀性的物质,或兼有封闭的作用,从而可提高钝化膜的防腐能力,但成本较高。

③钝后清洗、干燥、包装

钝化后清洗要彻底,否则零件表面会残留酸性物质,这些酸性物质在干燥时尚无多大影响,一旦遇到潮湿环境,即会吸湿将钝化膜腐蚀。清洗后要尽快进行干燥、老化,并进行密封包装,以最大限度地杜绝外部环境对镀层质量造成影响。

关于氯化钾镀锌的工艺配方、操作条件、常见故障及处理方法等内容,很多资料上都有,不再赘述。

2.硫酸盐镀锌+氯化钾镀锌

钕铁硼氯化钾镀锌虽然可以获得质量不错的镀层,但生产中发现,这种镀层在存放一段时间后结合力会变差。而采用硫酸盐镀锌打底,加厚仍采用氯化钾镀锌,这种情况得到了较大程度的改善。这种硫酸盐镀锌的工艺规范如下。

硫酸锌(ZnSO4·7H2O)  250~450g/L

硼酸(H3BO3)          20~30g/L

光亮剂                若干

PH 值                 3.5~5.5

温度                  10~50ºC

阴极电流密度          10~30A/dm2

从以上工艺配方中可以看出,这其实是一种适合线材、带材、板材等形状简单零件连续电镀的镀锌工艺,或适合于简单零件的滚镀。其优点是主盐浓度高、沉积速度快,镀层细致、光亮、整平度也不错。但镀液分散能力、深镀能力差,不适应形状复杂零件的电镀。那么,用这种工艺打底为什么能有效改善镀层与磁铁基体的结合力呢?分析认为。

①镀层沉积速度快

硫酸盐镀锌沉积速度快,可使钕铁硼零件在电镀开始后,表面上镀的速度最大限度地大于氧化(或腐蚀)的速度,从而有效提高了镀层与基体的结合力。

②没有氯的腐蚀

氯化钾镀锌溶液中的氯可能会在磁铁上镀前,对其表面进行腐蚀,而硫酸盐镀锌则不会。这种猜测目前尚未得到证实,但采用硫酸盐镀锌至少可以消除这种隐患。

然而,这种线材硫酸盐镀锌工艺本来是不适合滚镀的,这不仅因为该工艺分散性能差,还因为在用于钕铁硼滚镀时,镀层或镀液会出现这样或那样的问题,比如镀层起皮、镀液变质等。分析认为,这可能跟镀液主盐含量高、添加剂浓度高、滚镀使用的体积电流密度大等有关系。所以,如果这种工艺用于钕铁硼滚镀时不进行改良,使其适应滚镀的特点,就最好只用于打底,加厚仍然采用氯化钾镀锌。毕竟使用频率越低,问题就越少。

另外,因为仅仅是打底,对镀层光亮度不做要求,所以可选择无光或哑光硫酸盐镀锌工艺。无光或哑光工艺有机物含量少,则镀层质量好,对提高镀层结合力也有一定的好处。

3.光亮硫酸盐滚镀锌

这种工艺是在上述镀层组合存在硫酸盐镀锌不适合滚镀、需要两次镀等缺陷的基础上提出的。在上述硫酸盐镀锌的基础上,降低主盐硫酸锌的含量,适量增加导电盐,降低添加剂浓度,使其更适合滚镀的特点。这样的话,采用这种工艺就可以打底、加厚一肩挑了,不是可以省掉部分设施及倒槽的繁琐吗?

介绍一种成功地用于钢件的光亮硫酸盐滚镀锌工艺,可供改良钕铁硼现有的硫酸盐镀锌工艺时参考。该工艺的导电性、分散能力及深镀能力等均优于线材硫酸盐镀锌工艺,因此更适合于滚镀。其工艺规范如下:

硫酸锌,ZnSO4·7H O        200~250g/L

氯化钾,KCl                30~35g/L

硼酸,H3BO3                 25~35g/L

添加剂                    若干

温度                      室温

PH值                      3~5.5

阴极电流密度              0.5~2A/dm²

配方中的添加剂与氯化钾镀锌添加剂、线材硫酸盐镀锌添加剂等同属一个体系。若用于钕铁硼预镀或直接镀,为排除磁铁被氯腐蚀的风险,配方中的导电盐应做他选。

另外,这种工艺仍避免不了大量使用表面活性剂,因此与氯化钾镀锌相比,镀层质量并没有得到改善。如果能将水溶性添加剂技术成功地运用于该工艺,则镀层及钝化膜质量会有一个质的提升。不行的话,可以选用优质的三价铬钝化液或封闭剂(视情况而用)来进行一定程度的补救。

4.碱性锌酸盐镀锌

钕铁硼镀锌难以对基体起到明显的阳极保护作用,因此镀层的致密度对其防腐性就显得尤为重要。碱性锌酸盐镀锌层致密度高,且不大量使用增溶主光亮剂的表面活性剂,镀层纯度也高,因此防腐性要优于酸性镀锌。并且,因不受表面活性剂的影响,钝化膜质量也高,尤其彩钝膜,采用三价铬钝化工艺(比酸性镀锌)更易获得色彩鲜艳、附着力好的钝化膜。另外,锌酸盐镀锌溶液成分简单,容易操作与维护,废水处理也简单,利于清洁生产,有“环保锌”之称。

但锌酸盐镀锌阴极电流效率低,通常只能达到60%~80%,这对钕铁硼通常采用小滚筒电镀,在效率上影响还不是太明显,只是因为电流效率低,难以在疏松多孔的钕铁硼基体上直接电镀。所以,若采用锌酸盐镀锌,需要先酸性镀锌预镀,但需要注意的是,由于钕铁硼材质活性较强,预镀层应达到一定的厚度,否则基体有受到后续镀液强碱腐蚀的风险。另外,锌酸盐镀锌液含浓碱,操作环境不如酸性镀锌。

5、锌镍合金

锌合金镀层比纯锌层耐蚀性好得多,常用的锌合金镀层有锌铁合金、锌镍合金等,其中以锌镍合金耐蚀性最好。虽然锌镍合金对钕铁硼的阳极保护作用也不明显,但含镍10%~15%的锌镍合金为稳定的γ相单相组织,该合金相在大气环境中具有极强的钝化能力,表面易生成一层极薄的、致密的NiO钝化膜,且膜层破裂后会迅速修复。所以,锌镍合金镀层具有极佳的耐蚀性,最高可比纯锌层提高约10倍,是改进钕铁硼镀锌防腐性的一个绝佳的途径。但钕铁硼若采用电镀锌镍合金,存在以下问题。

①碱性锌镍合金:不易获得高含镍量(10%~15%)的镀层,则耐蚀性不像期望的那么高;不能直接在钕铁硼基体上施镀,需要先酸性镀锌预镀,这点和钕铁硼碱性镀锌相同;外观不如酸性镀锌层讨人喜欢。

②酸性锌镍合金:滚镀难度大,不易成功;需要阳极分控,操控难度大;直接镀有遭受氯腐蚀、影响结合力的风险,这点和钕铁硼氯化钾镀锌相同。


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