??
堿性無氰鍍鋅工藝基礎(chǔ)槽液組成簡單,易于管理,不含氰化物,且金屬離子濃度低,有利于防止公害。鍍層外觀光亮細(xì)致,鈍化膜色澤均勻,抗蝕性能優(yōu)良,符合環(huán)保清潔生產(chǎn)的要求,因此獲得了普遍應(yīng)用。堿性無氰鍍鋅工藝的核心技術(shù)是光亮添加劑,近十幾年來,國內(nèi)外對(duì)此開展了大量研究[1～10]。我們最新研制的AS堿性無氰鍍鋅光亮劑已經(jīng)投入工廠使用,取得了較好的效果。我們對(duì)其工藝性能進(jìn)行了測試。
1 試 驗(yàn)
1.1 鍍液配方及工藝條件
ZnO10g/L,NaOH120g/L,AS A光亮劑6mL/L,AS B光亮劑10mL/L,jc=1.0～4.0A/dm2,陽極材料一號(hào)純鋅,溫度10～40℃,ZnO:NaOH=1:10～1:14。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 AS光亮劑的組成
(1)主光亮劑 主光亮劑大多采用在鋅電極上還原的有機(jī)醛、酮類化合物,以及氯化芐與氮雜環(huán)化合物反應(yīng)的產(chǎn)物。
(2)載體光亮劑 載體光亮劑大多為一種或幾種胺、醇胺、氮雜環(huán)等含氮化合物與表鹵醇以及多鹵代烷反應(yīng)而生成的大分子有機(jī)化合物,例如氨、二甲胺、二甲氨基丙胺、乙醇胺、哌嗪、咪唑、吡啶等與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)生成的大分子化合物。國外現(xiàn)在多用聚砜類及含有特殊官能團(tuán)的聚胺類大分子化合物作載體光亮劑,具有光亮電流密度范圍寬、均鍍性好、深鍍能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),AS的載體光亮劑正是沿著這一思路設(shè)計(jì)合成的。
(3)輔助光亮劑 與主光亮劑相配合,發(fā)揮協(xié)同作用,擴(kuò)大光亮電流密度范圍。輔助光亮劑主要是季銨化或季磷化的雜環(huán)化合物,最常用的仍是季銨化的有機(jī)化合物。
(4)潤濕劑 與主光亮劑相配合,發(fā)揮協(xié)同作用,擴(kuò)大光亮電流密度范圍,改善鍍層的性能。
(5)抗雜劑 能夠減少金屬雜質(zhì)的影響,改善鍍液性能。
1.2.2 性能試驗(yàn)
(1)HullCell試驗(yàn) 測試工藝條件的影響,并進(jìn)行AS與DE、DPE Ⅲ型光亮劑兼容性試驗(yàn)。
(2)電流效率測試 采用重量法、數(shù)學(xué)法分別在不同電流密度下、不同含鋅量及不同溫度下電鍍5cm×10cm鐵基試片,測量鍍前鍍后的重量差,確定陰極電流效率。
(3)沉積速度的測試 分別在不同電流密度下電鍍5cm×10cm鐵基試片,鍍后用測厚儀測量鍍層的厚度,計(jì)算沉積速度。
(4)分散能力的測試[11] ①采用彎曲陰極法;②采用HullCell八點(diǎn)法。
(5)深鍍能力的測試 采用內(nèi)孔法[11],圓管內(nèi)徑為10mm×100mm的薄紫銅管,t=25℃,總電流2A,電鍍15min,鍍后將管縱向剖開,測量內(nèi)孔鍍鋅層的總長度。
(6)鍍層結(jié)合力試驗(yàn) 將用AS鍍后的工件低鉻彩鈍及藍(lán)鈍后,置入烘箱中,加熱至200±10℃,保溫60min,取出工件于空氣中冷卻和用冷水驟冷。觀察工件空冷及水冷后,鍍層有無起泡和脫皮。
(7)鍍液抗雜試驗(yàn) 用HullCell測試使用AS光亮劑時(shí),鍍液對(duì)金屬雜質(zhì)的容允量為:Cu2+0～50mg/L,Pb2+0～30mg/L,Cr(Ⅵ)0～5mg/L,Ni2+0～2000mg/L,Fe3+0～100mg/L。
2 結(jié)果和討論
2.1 HullCell試驗(yàn)
2.1.1 電鍍工藝條件的影響
(1)ZnO 鋅離子含量過高時(shí),高電流密度區(qū)鍍層粗糙,且分散能力和深鍍能力下降。鋅離子含量低于8g/L時(shí),沉積速度慢,一般控制在8～12g/L較好。(2)NaOH 氫氧化鈉含量低于80g/L時(shí),低電流密度區(qū)出現(xiàn)灰暗條紋,提高氫氧化鈉濃度,可獲得光亮鍍層。但氫氧化鈉含量不能過高,否則陽極化學(xué)溶解加速,鋅自然升高,造成主成分比例失調(diào),應(yīng)控制在80～130g/L。(3)溫度 溫度升高至40℃以上時(shí),低電流密度區(qū)出現(xiàn)灰暗條紋,深鍍能力下降,宜控制在38℃以下。(4)ZnO/NaOH比值的影響 比值應(yīng)控制在1:10～1:14范圍內(nèi)較好,當(dāng)比值低于1:10時(shí),深鍍能力下降;高于1:16以上時(shí),會(huì)使氫氧化鈉含量過高,引起鋅陽極化學(xué)溶解加速,鋅自然升高。
2.1.2 AS光亮劑的作用
在不加入AS光亮劑的基礎(chǔ)液中,只能得到灰暗、粗糙無光的鍍層。加入AS光亮劑后,3A/3min,1A/5min,2A/20min均能得到全片光亮的鋅鍍層。HullCell試驗(yàn),總電流3A,高電流密度區(qū)未見燒焦,2A/20min鍍層無起泡。試驗(yàn)表明在原來加入DE及DPE Ⅲ型光亮劑的鍍液中加入AS光亮劑后能夠兼容,且獲得全片光亮的鋅鍍層。
2.2 電流效率
用重量法、數(shù)學(xué)法測量陰極電流效率,其結(jié)果見表1～表3。由表可見,隨著電流密度增高,電流效率下降;隨著含鋅量增高,電流效率升高;隨著溫度升高,電流效率升高。
2.3 沉積速度
用1,2,3,4A/dm2電流密度,電鍍5cm×10cm鐵基試片,鍍后測量鍍層厚度,計(jì)算沉積速度,結(jié)果見表4。由表4可見,隨著電流密度增大,沉積速度加快。
2.4 分散能力
用彎曲陰極法和HullCell八點(diǎn)法測試分散能力,鍍后用德國MikrotestG6641 000型測厚儀測量鍍層厚度,計(jì)算分散能力,同時(shí)對(duì)DPE型光亮劑進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果見表5和表6。
2.5 深鍍能力
同時(shí)測試了AS與DPE型光亮劑的深鍍能力,結(jié)果,AS與DPE型內(nèi)孔都全部鍍上鋅層,用AS光亮劑測得管內(nèi)兩端光亮鍍鋅層長共48mm,而用DPE型光亮劑測得管內(nèi)兩端光亮鍍鋅層長共31mm,就鍍?nèi)氲墓饬龄\層來比較,AS光亮劑比DPE型光亮劑的深鍍能力好。
2.6 鍍層結(jié)合力
將用AS電鍍后的工件鈍化后,置入烘箱中,加熱至200±10℃下保溫60min,取出工件,分別空冷和迅速置入冷水中驟冷,結(jié)果工件空冷及水冷后,鍍層均不起泡、不脫皮。
2.7 抗雜質(zhì)能力
用HullCell測試使用AS光亮劑鍍液對(duì)金屬雜質(zhì)的容允能力,結(jié)果Cu2+<20mg/L時(shí)無明顯影響,>30mg/L時(shí)低區(qū)灰暗,高區(qū)粗糙;Pb2+濃度<15mg/L時(shí)無明顯影響,>20mg/L時(shí)鍍層灰暗、粗糙;Cr(Ⅵ)濃度≥2mg/L時(shí)鍍層灰暗無光,≥3mg/L時(shí)鍍層灰暗無光且粗糙;Ni2+濃度<800mg/L時(shí)無明顯影響,>1000mg/L時(shí)低區(qū)灰暗,高區(qū)麻砂;Fe3+濃度<50mg/L時(shí)無明顯影響,>80mg/L時(shí)高中區(qū)出現(xiàn)凹凸不平條紋,低區(qū)灰暗。
3 結(jié) 論
(1)AS堿性無氰鍍鋅光亮劑是多種有機(jī)化合物組合而成的組合光亮劑,它引入了一種新型的載體光亮劑,可以在較寬的溫度范圍(10～40℃)、較寬的電流密度范圍內(nèi)(0.5～12.0A/dm2)獲得光亮細(xì)致均勻的鋅鍍層。
(2)AS光亮劑分散能力及深鍍能力好,可以在復(fù)雜的零件上鍍得均勻、鍍層性能良好的鋅鍍層。
(3)AS與DE及DPE型光亮劑兼容,轉(zhuǎn)缸方便。
