新型碱性无氰镀锌工艺

发布时间：2014.11.07 新闻来源： 浏览次数：

                                                            理化部：汤新生

一、            前言

   长期以来由于氰化镀锌工艺范围宽、杂质容忍度高等优点在电镀中沿用至今，随着国家对环保的日益关注，促进电镀行业发展无氰镀锌。

   我国在20世纪70年代大力开展无氰镀锌工艺的推广，对电镀工艺及添加剂的应用研究取得一定发展，近30年来人们普遍用脂肪胺与环氧氯丙烷的缩聚反应物和芳香醛组合作为无氰镀锌体系的添加剂。其主要缺点是电镀前处理要求非常严格、操作条件较窄，而且覆盖能力和均匀能力差、镀层脆性大，无法镀的较厚的镀层，而且分解产物多。基于以上原因，无氰碱性镀锌不能完全取代碱性氰化镀锌。

近几年，电镀界的研究和研发新型无氰镀锌工艺，使用某些含氮杂环化合物的合成物作为中间体组成的添加剂，也有用某些特殊结构的季胺聚合物作为载体光亮剂，主光剂则通过改性或者使用新的物质如具有内盐结构的物质取代醛等。

新型无氰碱锌光亮剂成功的解决了上述缺点，使碱性无氰镀锌在镀层光亮度、镀液深镀能力和均镀能力（高低区厚度比为2:1左右）以及电流效率等方面都有了提高。江苏梦得电镀化学品有限公司专业研发团队通过近3年的研究开发了高质量的无氰碱锌添加剂，型号为MDZ-1301高性能锌酸盐无氰镀锌工艺。下面详细说明MDZ-1301高性能锌酸盐无氰镀锌工艺的优点。

二、            MDZ-1301碱性无氰镀锌的特点

1.      特别良好的深镀能力和均镀能力

当电流密度在高电流区与低电流区相差20倍时（赫尔槽试片高区据边缘1.5cm及低区据边缘1.5cm，电流密度分别为8.6A/dm²及0.43A/dm²，2A30分钟试片）镀层厚度比为2倍，而氰化镀锌厚度比为4倍，酸性镀锌层厚度为8倍。使用本公司MDZ-1301系列光剂电镀工件，高区厚度测定值以及电镀厂用氰化镀锌电镀工件高低区厚度测定值。使用本公司无氰镀锌添加剂电镀工件低电流区厚度超过氰化镀锌，其均镀能力更加突出。不管工件各个部位的电流密度有多大，赫尔槽试片阴极电流密度上能达5-6A/dm²。MDZ-1301碱性无氰镀锌系列添加剂均能得到一个较为固定的电镀速率，这就是说即使工件在尖锐的边角都不会沉积过多的锌，这是因为MDZ-1301B剂能使得这些部位的电流效率降低，同时也能防止这些部位镀层烧焦。

因此，MDZ-1301高性能碱性无氰镀锌工艺特别适用于外形复杂或大平面零件的镀锌，由于其良好的均镀性能可以提高镀件质量，同时降低原料成本，缩短电镀加工周期。

2.      优异的柔软性和低脆性

初期开发的碱性无氰镀锌添加剂主要缺点是：用量范围不宽，镀层脆性大，无法镀超过15um的厚度锌层，也无法承受200℃左右数小时的除氢处理（容易起泡脱皮）。MDZ-1301添加剂镀厚锌只需合理添加MDZ-1301 A剂和MDZ-1301 B剂即可实现镀层中压应力和张应力平衡，达到无脆性镀层，可进行镀层变形加工。

3.      工艺范围宽，管理简单

     早期应用的锌酸盐镀锌工艺，锌含量不能太高，锌和氢氧化钠的比要严格控制，而对于MDZ-1301工艺，锌含量在6-18g/L都可以镀得光亮平整、光亮区宽的锌镀层，温度从18-50℃均可适用，电流密度达10A/dm²也不会烧焦。在MDZ-1301技术文件中建议的****工艺范围内，光亮剂的优势则可得到充分发挥。

开缸量：MDZ-1301 A剂：6-12ml/L，MDZ-1301 B剂：6-12ml/L

MDZ-1301 B剂/MDZ-1301 A剂添加比例为1/2~2/3

其中1/2光亮度更佳，2/3镀层柔软性更高。

⑴在金属杂质污染时，可加入除杂剂MDZ-1301 C剂 2-4ml/L。

⑵水质硬度过高造成中区有雾时可加入水质净化剂MDZ-1301 D剂0.5-1ml/L。

⑶要求镀锌层厚度超过15um时，可适当提高MDZ-1301 B剂的添加比例，提高镀层的延展性。

⑷碱雾重，要改善工作环境时，可加入抑雾剂。

一般情况下，只需按规定补加A、B剂即可正常电镀，如考虑到水质问题和金属杂质，可每周定期加入少量的净化剂和除杂剂来稳定产品质量。

4.      优良的抗腐蚀性

镀锌层抗腐蚀性能目前主要通过中性盐雾试验来评定与氰化镀锌相同，MDZ-1301添加剂抗腐蚀性良好，中性盐雾试验蓝白钝能达96小时以上，彩钝能达120小时以上，具有良好的抗蚀性。

5.      镀层光亮度

      新开缸的镀液要经一段时间电解后才能表现出良好稳定的光亮度，如特别强调光亮度时可适当提高MDZ-1301 A的用量，但是从镀锌的主要功能出发，防护性还是第一位的，过高的光亮度会使镀层内应力上升，脆性升高，结合力降低。

6.      电流效率

MDZ-1301工艺应用得当可以获得75%-80%电流效率（氰化镀锌为65%-75%），众所周知，与镀锌电流密度效率相关的因素是温度、锌浓度、阴极电流密度及光亮剂。

  ⑴温度升高（35℃→45℃）电流效率可提高10%。

  ⑵主光剂不足或过多，电流效率有较大改变。

  ⑶电流密度的影响，电流密度越大、电流效率越低。

三、            MDZ-1301高性能锌酸盐无氰碱锌工艺维护

  为使用MDZ-1301高性能锌酸盐无氰镀锌液稳定可靠的工作，镀液中金属锌.添加剂的平衡，以及杂质的控制都十分重要。

1.      锌含量的控制

设置一个体积为渡槽10%-20%的溶锌槽，使用铁篮子与锌板组成原电池原理进行不断溶锌，补加锌含量并控制铁蓝中锌块的重量和溶锌时间来控制镀液中锌浓度，来维持电镀过程中锌浓度在工艺范围内。

2.      无氰镀锌溶液中添加剂的控制

 ⑴赫尔槽评估方法

建议每日采用赫尔槽以无搅拌试镀3A3min与1A5min试片效果，并按《故障排除指南》以解决电镀时所发生的问题。

⑵借助镀层分布试验以确定光亮剂的含量

①    在无搅拌下以2A30min电镀试片，可用铁阳极，镀液条件尽可能接近工作槽液条件。

②    镀后水洗，不浸入硝酸出光液或钝化液。

③    利用赫氏尺，在电流密度0.43A/dm²与8.64A/dm²处测其厚度。

④    计算高电流密度区与低电流密度区厚度比值，高/低在1.5-2.25之间为佳，高于2.25表示光亮剂含量低，低于1.5则表示光亮剂含量高。

3.      无氰碱锌镀液中杂质的控制

 ⑴原材料的质量要求

   氢氧化钠使用精致级白色片状氢氧化钠，含量达98%以上，锌板使用高纯度99.99%以上锌，低纯度锌含杂质多，容易使电镀发生故障。

 ⑵平时生产根据镀液性能适当使用除杂剂和水质净化剂，提高镀液净化程度。

4.      MDZ-1301高性能锌酸盐无氰镀锌工艺配方及工艺条件参照江苏梦得电镀化学品有限公司的MDZ-1301高性能锌酸盐无氰碱锌工艺。

5.      结束语

      MDZ-1301高性能锌酸盐无氰镀锌工艺无论镀液和镀层性能都已达到或超过氰化镀锌，而且碱性无氰镀锌符合清洁环保生产要求，同时从2013年2月投入市场后，众多电镀厂实践证明，采用MDZ-1301高性能锌酸盐无氰镀锌工艺配槽费用至少降低10%，在添加剂消耗补加费用上虽略有增加，但是由于生产效率提高30%，因而节省金属锌等原材料、电能、产品成本结构的变化，整体成本是下降的，增加经济效益十分明显，目前仍有相当数量的电镀厂使用氰化镀锌，广大电镀工作者要大力推广宣传普及无氰镀锌工艺，改进工艺、严格管理，努力实现清洁文明生产，实现电镀行业可持续性发展。

 

新型碱性无氰镀锌工艺，由江苏梦得新材料科技有限公司于2014.11.07整理发布。
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