一低碳钢碱性锌酸盐镀锌工艺及钝化处理.docx

1、一低碳钢碱性锌酸盐镀锌工艺及钝化处理实验一 低碳钢碱性锌酸盐镀锌工艺及钝化处理一、实验目的1.熟悉电镀的前处理工艺；2.掌握碱性锌酸盐镀锌工艺流程及钝化处理工艺；3.掌握碱性镀锌工艺参数对镀层质量的影响4.掌握镀层厚度测试方法。二、实验原理碱性锌酸盐镀锌层晶格结构为柱状，结晶细密，光泽、耐腐蚀性好，适合彩色钝化。镀液的分散能力和深镀能力接近于氰化镀液，适合于形状复杂零件电镀；镀液稳定，操作维护方便，对设备无腐蚀性，综合经济效益好。但碱性锌酸盐镀锌沉积速度慢、电流效率为70%80%左右。允许温度范围窄（高于40不好）、镀厚超过15m时有脆性、铸锻件较难电镀、工作时会有刺激性气体逸出，必须要安装通

2、风装置等。（1） 电极反应阴极反应：Zn(OH)42- + 2e- Zn + 4OH- 2H2O + 2e- H2 + 2OH-阳极反应：Zn + 4OH- 2e- Zn(OH)42- 4OH- 4e- O2 + 2H2O（2）影响碱性锌酸盐镀锌层质量的因素1）镀液的组成 a.氧化锌 镀液的主盐，由于在碱性锌酸盐镀锌液中OH-根离子对Zn2+的络合能力不高，因此阴极极化较弱。为此，采用降低氧化锌含量，提高氢氧化钠含量的办法进行弥补。通常将氢氧化钠与氧化锌的重量比控制在10左右。锌含量适当提高，电流效率提高，但分散能力和深镀能力降低，复杂件的尖棱部位镀层粗糙，容易出现阴阳面；含量偏低，阴极极化增

3、加，分散能力好，但沉积速度慢。 b.氢氧化钠，络合剂、阳极去极化剂和导电盐，兼有除油作用。氢氧化钠适当提高，镀液导电性好，分散能力和深度能力提高，阳极不易钝化。但如果用量过高，阳极化学溶解加速，镀液中锌离子浓度升高，造成主要成分比例失调，同时阴极电流效率下降，光亮剂消耗增多。c.添加剂 保证锌酸盐镀锌质量的关键因素，没有添加剂的基础液只能得到海绵状镀层。目前锌酸盐镀锌的初级添加剂主要是环氧氯丙烷与有机胺的缩聚物，加入到镀液后，能在很宽的电位范围内于阴极表面上发生特性吸附，从而提高阴极极化，细化结晶，提高镀液分散能力和深镀能力。为得到光亮镀层，须同时加入一些醛类光亮剂、混合光亮剂（如单乙醇胺、三

4、乙醇胺与茴香醛的混合物）等。常用的碱性锌酸盐镀锌光亮剂有香草醛、茴香醛等。光亮剂添加要适量，含量过高，镀层脆性增大，所以在实际应用中，光亮剂常采用少加、勤加的方法，使其控制在工艺范围内。 2)温度（T） 锌酸盐镀锌槽液的最佳温度为1035，不同光亮剂适合的镀液温度也各有差异。但一般来讲，温度高，光亮剂消耗大，槽液中锌离子浓度容易上升，镀液稳定性变差，分散能力和深镀能力降低。 3) 阴极电流密度（Dk） 镀液浓度和温度升高，阴极电流密度可适当提高。温度低时，镀液导电能力差，添加剂吸附强，脱附困难，此时不能用高电流密度，否则会造成边棱部位烧焦，添加剂夹杂，镀层脆性增大、鼓泡；温度高时，添加剂吸附弱

5、，极化降低，必须采用较高的电流密度，以提高阴极极化，细化结晶，防止阴阳面。一般地，镀液温度低于20时，电流密度采用11.2A/dm2；2030宜采用1.52 A/dm2；3040宜采用24 A/dm2。4) 阳极 可挂钢板或镀镍钢板等不溶性阳极。工业生产上通常在镀槽旁设有溶锌槽，补充镀液离子的消耗，以防锌板在镀槽中的化学溶解及阳极泥渣进入镀液影响镀层质量。建议采用0号锌锭（锌的纯度为99.99%），在不生产时，应将锌板从溶锌槽中提出。 Cu2+杂质 主要来源于挂具和极杠，一般槽液中Cu2+不得大于15mg/L。少量的Cu2+杂质会影响钝化膜的色调，稍高会使钝化膜发雾，再多时，硝酸出光后就发黑。

6、Cu2+杂质可以用低电流密度电解处理，也可用锌粉或碱性镀锌除杂剂处理。(3)钝化处理锌的化学性质活泼，在大气中容易氧化变暗，最后产生“白锈”腐蚀。利用氧化剂在锌镀层上生成一层转化膜，使金属锌的耐蚀性提高并赋予镀层美丽外观的工艺称为转化膜处理，习惯上称之为钝化处理。工业生产中常以铬酸盐钝化为主，按照钝化后镀层的颜色可分为彩色钝化、白钝化、五彩钝化、军绿钝化和黑钝化等。镀锌钝化前需要出光处理，一般采用在稀的硝酸溶液浸洗，以使镀层表面平整、光亮、钝化膜光泽好。1）铬酸盐钝化成膜机理铬酸盐钝化液由铬酸、活化剂和无机酸组成，锌与钝化液接触时，在酸性介质中发生氧化还原反应：Cr2O72- + 3Zn +

7、14H+ 3Zn2+ + 2Cr3+ + 7H2O; 2CrO42- + 3Zn + 16H+ 3Zn2+ + 2Cr3+ + 8H2O在酸性较强的高铬钝化液中，主要以Cr2O72-形式存在，在酸性较弱的低铬和超低铬钝化液中六价铬主要以CrO42-形式存在。由于上述反应中，消耗H+，使锌镀层与溶液界面上酸性减弱，pH升高，当高于0.6时，钝化膜开始生成。钝化膜的结构很复杂，是由Cr2O3Cr（OH）CrO4Cr2（CrO4）3ZnCrO4Zn2（OH）2CrO4Zn（CrO2）2xH2O组成。三价铬的化合物不溶于水，强度也高，在钝化膜中起骨架作用，锌的化合物溶于水，尤其在热水中溶解，干燥前膜层

8、不牢固，它依附在三价铬化合物骨架上，填充了其空间部分，形成了钝化膜的肉。在钝化膜中，三价铬的含量随着各种因素的变化而改变，因而钝化膜的色彩也随之变化。三价铬化合物多时，膜层呈偏绿色；锌的化合物含量高时，钝化膜呈紫红色。钝化膜中的化合物在潮湿介质中，能从膜中渗出，溶于膜表面凝结的水中形成铬酸，对镀层具有再钝化功能。当钝化膜受轻度损伤时，化合物会使该处再钝化，抑制受伤部位的腐蚀，达到自修复的作用。2）老化 镀锌钝化后于4060下烘干，则为老化处理。老化使钝化膜失去部分的水分，不仅膜的色泽更加艳丽，而且膜的硬度和耐磨性也得到了大大提高，此外，还可以提高钝化膜的附着力和抗蚀能力。如老化中钝化膜过度失水

9、，则膜的脆性增大，色泽变暗、甚至收缩脱落。因此老化的温度不能大于60，时间不能过长，用手摸工件略为发烫即可。三、实验仪器与试剂1. 试剂及工艺条件化学除油液及工艺：氢氧化钠20g/L，碳酸钠20g/L，磷酸三钠20g/L，硅酸钠5g/L，OP乳化剂2ml/L，5060。浸蚀液及工艺：盐酸HCl（比重=1.19）150200 g/L ，六亚甲基四胺13 g/L，3040活化液及工艺：盐酸（比重=1.19）体积分数35%，室温2060s。出光液：质量分数35% HNO3溶液，出光时间3s。钝化液及工艺：彩色钝化工艺配方：铬酐 58g/L，硝酸 35ml/L，硫酸0.30.5ml/L， pH值 0.

10、81.6，浸渍时间620s，空中停留 510s。蓝白钝化工艺配方：铬酐0.30.5g/L，三氯化铬 23g/L，硫酸盐12g/L，氟化物 1-2g/L。硝酸 25ml/L，pH=1.62.0，室温，时间23s，空停23s。点滴液：3%硫酸铜溶液2. 仪器及测量体系矩形槽及整流器一套，阴极铜板9块，锌阳极板2块（99.99%），电吹风，烧杯，玻璃棒。3. 工艺流程除油热水洗水洗浸蚀2道水洗活化水洗镀锌水洗水洗出光水洗低铬钝化（彩色、黑色、蓝白）回收水洗水洗温水洗烘干四、实验步骤电镀组分参数影响实验：1.镀液配制 1）以氧化锌10g/L为标准，按氧化锌和氢氧化钠的重量比分别为1:8，1:10，1:

11、9，1:11，1:12称取氢氧化钠。配制五种碱性镀锌基础液。分别编号为“1”，“2”，“3”，“4”。体积均为500ml。向每种镀液中分别加入添加剂DPE-III 2ml，WB 1.5ml，混合均匀待用。基础液络合方法：将称好的氢氧化钠倒入烧杯中，注入100ml的蒸馏水（冬季可用热水），迅速搅拌溶解；将称量好的氧化锌放入小烧杯中用少量水调成糊状，在不断搅拌下逐渐加到热碱液中，直到完全溶解。2）配制碱性镀锌基础镀液2L，以氧化锌10g/L为标准，按氧化锌和氢氧化钠的重量比分别为1:10，称取氢氧化钠，按照上述络合步骤进行络合溶解后稀释至需要的体积。从上述2）的基础液中量取400ml待用，编号为5

12、号；再量取400ml，加入DPE-III 2ml，编号为6号；再量取400ml，加入DPE-III 2ml，WB 1.5ml，编号为7号。2. 按图1所示接好线路，取300ml的1号镀液倒入矩形电镀槽中。3. 将低碳钢阴极试片，分别经除油、除锈、活化、水洗后放入镀锌槽中。4. 根据阴极试片尺寸（注意双面面积），按电流密度2A/dm2 计算整流器所开的电流，电镀15min，取出水洗干净，最后一道蒸馏水洗。5. 采用磁性测厚仪分别测试镀锌层厚度（参见附录镀层性能的测试方法）。6. 重复“2-5”步骤，分别测试2号、3号、4号、5号、6号、7号溶液。钝化工艺：7. 在“7号”溶液中，以低碳钢为阴极，

13、按电流密度2A/dm2，电镀15min，再分别制备镀锌试样2块，水洗干净。编号分别为8号，9号。8. 将“7”步骤中的试样分别在硝酸溶液中出光处理，时间3秒，水洗干净。9. 将8号进行彩色钝化处理，9号试样进行蓝白处理。钝化液及工艺参见“实验原理部分”，钝化后水洗，再经蒸馏水清洗干净，自然干燥。 10. 将1-4号，6-9号试样分别截下1cm宽的试片，留出1cm区，其他部分用石蜡进行封样处理（参见图2）。待用。11. 将8块剩余试片分别进行点滴试验，用胶头滴管滴1滴3%的硫酸铜溶液到记录点滴液整体变红色的时间。12. 实验完毕，整理台面。五、数据处理1. 厚度测试结果镀液体积: ；阴极尺寸：

14、；阴极电流密度： ；施镀温度： ；施镀时间： ；编号参数变化条件镀层外观镀层厚度/m1ZnO/NaOH=1：8，DPE-III 2ml，WB 1.5ml2ZnO/NaOH=1：9 DPE-III 2ml，WB 1.5ml3ZnO/NaOH=1：11 DPE-III 2ml，WB 1.5ml4ZnO/NaOH=1：12 DPE-III 2ml，WB 1.5ml5ZnO/NaOH=1：10不需测6ZnO/NaOH=1：10 DPE-III 2ml7ZnO/NaOH=1：10 DPE-III 2ml，WB 1.5ml2. 钝化处理编号钝化工艺条件钝化膜外观893. 点滴实验结果编号参数变化条件点滴实

15、验结果/s1ZnO/NaOH=1：8+DPE-III 2ml+WB 1.5ml2ZnO/NaOH=1：9+DPE-III 2ml+WB 1.5ml3ZnO/NaOH=1：11+DPE-III 2ml+WB 1.5ml4ZnO/NaOH=1：12+ DPE-III 2ml+WB 1.5ml5ZnO/NaOH=1：10不需测6ZnO/NaOH=1：10+ DPE-III 2ml7ZnO/NaOH=1：10 +DPE-III 2ml+WB 1.5ml，未钝化8ZnO/NaOH=1：10 +DPE-III 2ml+WB 1.5ml，彩色钝化9ZnO/NaOH=1：10 +DPE-III 2ml+WB 1.5ml，蓝白钝化六、思考题1. 如何提高镀锌层的耐蚀性？2. 为什么镀锌的铬酸盐钝化具有自修复能力？3. 操作过程中，工序间清洗不干净，会产生哪些不良影响？4. 钝化膜为什么要进行老化处理？