国内外镀锌工业的发展现状1

1、国内外电镀锌工艺的发展现状摘要：本文主要综述了近两年国内外镀锌工艺的研究状况。即通过研究电镀锌工艺过程中的关键因索：电 流密度、不同体系镀液、引入新材料、以及捉高镀锌效率、检测产品耐腐蚀性等从而不断改善镀锌工艺。 并对电镀锌工艺的发展做了展望。关键词：电镀锌；电流密度；体系镀液；高效镀锌；镀锌钢板1引言电镀锌也叫冷镀锌,是利用电解设备将工件经过除汕、酸洗厉放入成分为锌盐的溶液中， 并连接电解设备的负极；在工件的对而放置锌板连接在电解设备的正极，接通电源，利用电 流从正极向负极的定向移动，就会在工件上沉积一层锌。利用的是电解，在制件表而形成 均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。与其他金

2、属相比，锌是相对便宜 而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层，被广泛用于保护钢诙件，特别是防止大 气腐蚀，并用于装饰因此，镀锌工艺一直是国内外长期以来研究的热门课题。本文 就近几年来国内外的镀锌工艺进行了总结分析。2电镀锌工艺研究近年来镀锌工艺主要从电镀的条件对镀锌耐蚀性的影响和环境友好两方而进行了研究。 即从通过研究电流密度、不同体系镀液、引入新材料、高效镀锌、以及产品耐腐蚀性等手段 不断改进镀锌工艺。2.1电流密度对镀锌品质的影响电流密度对镀锌产品的外观和耐蚀都有重要的影响。范永哲等人通过塔菲尔曲线的 测量，研究了高密度电流(300 a/dm2)下镀层的耐蚀性。结果表明：采用高电流密度进行

3、电 镀，其电镀层的腐蚀电位随电流密度的增大而提高(最高可达0.845 v)腐蚀速率降低，耐 蚀性增强。2. 2不同体系镀液对镀锌品质的影响除电流z外，体系镀液是影响镀锌品质好坏的另外一个非常重要的因素。不同的体系不 但要考虑浓度的配比，还要考虑适量的温度，ph值的大小等等。目前，国内按电镀溶液分 类，可分为四大类：鼠化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌。2. 2. 1氧化物镀锌由于(cn)属剧毒，所以环境保护对电镀锌中使用孰化物提出了严格限制，不断促进减少 氟化物和取代氟化物电镀锌镀液体系的发展，要求使用低孰(微貳)电镀液。采用此工艺电镀 后，产品质量好，特别是彩镀，经钝化后色彩保持好

4、。针对cn的剧毒性的严重缺点，刘晓 星等研究了以电镀理论为依据,対现有几种常用配位剂和添加剂进行筛选和分析，探讨将氤 化物镀锌工艺向无氧化转化的方法。验证了转化效果，对镀液的均镀能力、深镀能力、镀层 耐蚀性筹进行了测试。转化液的均镀能力与孰化物镀锌的相比提高了 9%;深镀能力与孰化物 镀锌的相当;平均电流效率较報化物镀锌提高了 8%,接近于碱性锌酸盐镀锌。转化镀液稳定 性较好，镀层镜面光亮细致,镀层结合力好，镀层耐蚀能力符介国家标准。通过研究得到了无 鼠转化方法得比较理想的状态，具冇成本低、女全、污染少等特点，达到了电镀清洁生产的 要求,可在牛产中应用。2.2. 2锌酸盐镀锌此工艺是由孰化物镀

5、锌演化而来的。目询国内形成两人派系，分别为：a）武汉材保所 的“dpe”系列；b）广电所的“de”系列。两者都属于碱性添加剂的锌酸盐镀锌，ph值为 12. 513。采用此工艺，镀层品格结构为柱状，耐腐蚀性好，适合彩色镀锌。注意：产品出 槽后一水洗一出光（硝酸+盐酸）一水洗一钝化一水洗一水洗一烫干一烘干一老化 处理（烘箱内8090°co袁诗璞分析了锌酸盐镀锌彩钝层所出现的类似丁钱盐镀锌彩钝层的 变色现象。其冑接原因是钝化层中夹朵的有机物造成存放期间六价珞盐转化为紫色的三价珞 盐。锌酸盐镀锌彩钝层的变色受添加剂种类及其在镀液中的含量，工艺采用的阴极电流密度, 镀后出光及钝化质量等因素的影

6、响。将工件置于压力锅屮蒸煮,可提前判定是否会变色。 奚兵分析了镀前处理、镀液成分、杂质、操作条件对锌酸盐镀锌质量的影响得出锌酸盐 镀锌可获得结晶细致、光亮度好的镀层，关键是前处理，除油尤其重要，必须确保工件基体 衣面无油污、锈迹或挂灰，即直至整个工件表面亲水，无水珠而全润湿。只有这样，才能获 得质量良好的锌镀层；镀液中加入适当的添加剂，需精确控制，并加强镀液维护管理，可得 到相当于統化镀锌质量的镀层。锌酸盐镀锌工艺可以获得不亚于紜化物镀锌质量的镀层。2.2. 3氯化物镀锌此工艺在电镀行业应用比较广泛，所占比例高达40%。钝化后（兰白）可以锌代銘（与镀 珞相媲美），特别是在外加水溶性淸漆后，外行

7、人是很难辩认出是镀锌述是镀珞的。此工艺 适合于h色钝化（兰白，银白）。袁诗璞研究了氯化物镀锌液屮硝酸根、钮酸根等阴离子，以及油污、 光亮剂分解产物、表面活性剂等冇机杂质的影响和去除方法。提出了减少冇机杂质积累的若干措施,如坚持 添加剂少加妙加的原则，控制好溶液组分（尤其是氯化钾和硼酸）和液温、ph筹工艺条件，采用增溶性好的载 体，以及研发新型光亮剂。4硫酸盐镀锌 此工艺适合于连续镀（线材、带材、简单、粗人型零、部件），成本低廉。王瑞祥在前人 的基础上比较了 2种铁丝硫酸锌镀锌体系硼酸体系和硫酸铝体系。得到了一种环保、 低成本的工艺，其镀液组成及操作条件如下：七水合硫酸锌350 450 g/l,

8、十八水合硫酸 铝30 40 g/l,光亮剂4 6 ml/l, ph 3. 0 3.5,波美度26 32。be,允许温度为室 温至40°c。力仁荣等在高碳钢丝的高速硫酸盐镀锌电镀槽液中，采用硫锌-75作添加剂， 以提高电流密度上限、电流效率和镀层质量。sem、x射线衍射的试验结果表明:镀层结晶细 腻，晶而取向优化，镀层柔软，富有延展性。生产实践表明:镀锌钢丝在拉拔过程屮的锌层 损耗、模具损耗和生产成本降低，产品质量得到了提高。图1为镀锌层的扫描电子显微镜 照片（试验条件:ph二2. 5, jc = 20 a/cm2,室温，镀层厚度20 um,基底材料为铜）。由图1 可清楚地看出，1号溶

9、液所得镀层的晶粒是山许多取向一致的薄片累叠而成，晶粒粗大， 粒度达15 um,晶形发育完整。2号溶液中所得镀层是由略呈圆柱形的块状晶体组成，晶粒 细小，粒度约为13nm,晶粒的粒度分布范围也较宽。试验现象清楚地反映了添加剂的作 用。i writ 2 orml k图1 镀层的sem照片2. 3引入新材料对镀锌工艺的影响所谓新材料镀锌，就是指伴随材料发的展出现的一些新材料的镀锌方法。比如各种介金、 纳米结构的锌。曹莹等人提出在硫酸盐电镀锌镀液中添加硫酸钻可使锌镀层的品粒细 化，达到80血左右，成为纳米晶镀层，该镀层的耐蚀性明显优于普通锌镀层。kh. sabei等人【研究了在含有聚丙烯駄胺和硫脉添加

10、剂的镀锌液中，脉冲峰值电流() 对锌沉积层晶粒尺寸、表而与剂而形貌、显微观度及锌的择优取向的影响。由图2可 见，丿p 增加，沉积层表面形貌发生显著地变化，且晶粒尺寸变小，在丿p为2 a/cm2时,锌晶粒尺寸为 56nmo在北为0. 4 a/cm2时,锌的择优取向为(112),而当血为0. 8 a/cm2 、1.2 a/cm26 a/cm2时，其择优取向变为棱锥的(110),当血达2 a/cm2时,锌的择优取向又由棱锥 的(110)变为随机得(101)o纳米晶锌镀层的硬度几乎是多晶纯锌镀层(0.29 gpa)的8 倍，.7p为1. 6 a/cm2时时其硬度达到最人值为2. 3gpa ,而当,/p

11、增人到2 a/cm2时,硬度乂 减小到1.5gpao纳米晶锌镀层硬度的这种变化规律与添加剂有密切关系，同时也与择优晶而 由(110)变为(101)相关。(a) jp = 0.4 .vcnr (b) jp«0.8 a/mr(r) jp- l2 ivnir (d) jp = 1.6 a/cnr图2脉冲峰值电流对锌沉积层晶粒尺寸及表而形貌的影响合金方面的研究也是层出不穷，起关键作用的就是配置钝化液。蒋彤雅等采用了新的钝 化液配方及和应的工艺对锌-银合金进行钝化处理。如下所示：氧化锌 氢氧化钠 硫酸傑 三乙醇胺 柠檬酸 酒石酸钾钠 添加剂sl-a 添加剂si-b 添加剂sl-c6 15 g/

12、 l 100 150 g / l 36 60 g / l 2 4 ml/ l 8 12 g / l 25 35 g / l 15 20 ml/ l r 3 ml/ l r 5 ml/ l 15 30 °cp 3 a / dm2得到了锌-银介金镀液的维护方法，性能测试显示产品具有镀层结晶细致、均匀，耐蚀能力 明显得到了提高。张蕾等对敘铁硼磁材因其特殊的疏松和多孔结构，导致抗蚀性能差，表 面镀覆又会引起磁性能降低。为提高其耐蚀性，降低磁损火，采用新型工艺进行表面处理，包 括前处理工艺、电镀zn-n合金和后处理工艺。性能测试衣明：该工艺极大地提高了敘铁硼 表而处理厉的耐蚀能力，同时乂降低了

13、磁损失。2.4高效镀锌4. 1技术研究为适应经济的迅速发展，镀锌工业的高效生产也成了国内外热门的研究方向。提出了高 速电镀锌这个概念，顾名思义高速电镀锌生产效率高、成木低，工业应用广泛。顾训雷等 对国内外高速电镀锌的应用和研究进行了综述。丨i前，高速电镀锌的电流密度已经能够达到 200a /dm2,电镀线速度达到200m/min,极间距降到1216 mm,槽压在812 v左右。釆用 高镀液流速町以减小扩散层有效厚度，提高阴极电流密度，同时又能保证阴极电流效率【心。 髙速电镀锌镀液人多采用硫酸盐镀液，镀液组成简单、性能稳定、电流效率髙、沉积速度 快,适合线材、带材电镀。按照阴阳极的放置以及镀液的

14、流动方式，高速电镀锌可以分为平行 液流法，喷流法和重力法。平行液流法是指阴阳极之间保持一定的距离，电解液从阴阳极之间的狭逢中高速通过而 进行电镀，电解液流动的方向平行于阴极元件，要求阴阳极间距很小而且均等，一般只适合 于形状简单-工件及平板件。在平行液流法中,镀液高速流动，阳极不动，阴极被高速牵动。喷 流法是将电解液通过喷嘴连续喷流到阴极表面进行电镀，特点是在局部使用较高的电流密度, 用于选择性电镀即小面积局部电镀最为冇效。重力法电镀是垂直式电镀工艺的一种，电镀时 镀槽中不充满镀液，镀液仅存在于阳极和带钢z间，镀液的流动靠口身的重力來加速。重力法 应用最为广泛。近10多年來，世界（尤其是欧美）

15、新建的连续电镀锌机组大多采用奥地利鲁 特纳公司立式槽重力法电镀工艺，该工艺与世界上卧式槽工艺（如nsc 2 lcc 2h法，ksc 2qco 2h法,nkk法）及径向槽工艺（如美联钢carosel法）比较，优点主要体现在以下几 个方面【纳：（1）带钢与阳极z间间距小，大大节省电能；（2）新型阳极（钛基+ik）2 ）的使用，提高了阳极使用寿命,避免了其他铅合金阳极在使用过程 中对镀液造成的铅污染，同时由于不再需要往镀液中加src03 ,镀液清洁度人为提高，为提高 镀层质量创造了良好条件，省去了更换阳极的操作，节省劳动力，改善工作环境；镀槽在带钢宽度变化和电镀方式（单面、双面）更换时冇很高的灵活性

16、，且不需停机， 基本不需过渡卷；(4)镀液幕宽度和带钢宽度保持一致,不存在边部增厚效应，不需要其他形式镀槽所必需的边 缘罩装置；导电车昆不与电镀液接触，导电辘表而的金属沉积(黏zn、ni等)明显减少，带钢表面由 此引起的缺陷，如车昆印、压痕等将明显减少，导电辘的更换周期大大延长。并通过工艺参数、加入添加剂、清除枝晶、减少基材表而粗糙度等措施保证镀层质最。 2. 4. 2机械化生产要实现大量生产是离不开机械化的。宋建芝】研究了国内自主设计制造的连续电镀锌 机组的完整工艺组成和电镀锌工艺的诸多影响因素，以及镀后处理的方法，给it.t'u镀锌机 组各系统或参数的选择规律或计算办法，并优化设计

17、了一条8万t/ a电镀锌机组，投人工 业生产后产品得到了市场认町。2.5产品耐腐蚀性研究产品耐腐蚀性研究是镀锌工业的关键检测手段。近年来由于环境的不断变化，镀锌工艺 的耍求也在不断改变。张吉阜等采用sem、edxs、xps及电化学测试方法对镁合金表面 镀锌电沉积过程中的界面反应及镀层工长规律进行研究.结果衣明，采用前处理方法后，镁合 金表而膜的成分由mg(0h)2/mg(0h)hc03转变为mgf2+zn ,有效地抑制了镁在电镀液中的腐蚀, 促进了锌在电极表而的形核与生长，获得的锌镀层与基体结介力优良.采用计时电流法对锌 镀层电结晶的研究发现：低过电位下电极表面经历了两次形核过程，镀层沉积物颗

18、粒显得 致密，而高过电位下电极表回只经历了一次形核过程,镀层沉积物颗粒变得松散.3总结与展望总而言z,由上文可以知道电镀锌是一个不断摸索发展的工艺技术。主要根据要求来改 进和创造相应的产品。不难得出环保和耐蚀性是研究的出发点和归宿。美国po sco钢铁公 司开发成功一种590mpa( 85ksi)高强度电镀锌钢板，用作汽车车身外皮，效益颇高。这种 电镀锌钢板能耐高达60 g/ mm?的负载，这比传统340 mpa级汽车外皮用钢板耍高70%之多, 而且减薄了使用厚度并提高了抗压痕性能。由板材冲压制造汽车车身外皮，钢板的成形性和 表而质量都大为提高，由于钢板厚度由0. 7 mm减薄到了 0.55

19、mm而使其垂量减轻了大约 20%o 1231张潮12,1釆用了在电泳涂层与中涂涂层z间增加抗石击涂层的新工艺。试验表明， 新工艺有效提高了热镀锌钢板涂层的抗石击性能。rh此,可知时下研究最主耍的可能就是高 强度电镀锌钢板这类产品的继续研发。简单归结如下：未来环保和耐蚀性的要求，zn-2fe和zn-2ni合金将有可能成为电镀锌钢板的主流电镀 t25_261,需要进一步研究适介高速电镀锌基介金的设备和工艺。添加剂对镀层质量影响较大，但适合高速电镀锌的冇机添加剂种类较少，应该加强研制 和开发。将新技术引入到电镀工艺中，如在电镀层上进行真空电子束和离子束蒸发，在电镀过 程中采用激光技术或交变磁场等外加

20、手段281,以改善镀层的质量。参考文献1顾训雷单玉桥刘常升等.高速电镀锌的研究现状与发展方向j.材料保护2009 (1)第42卷第1 期.44-46.2范永哲周红马瑞娜李贺坤.高电流密度电镀锌对钢板耐蚀性的影响j.材料热处理技术2010年 7月，第39卷第14期.3刘文君 电镀锌和硅酸盐钝化工艺研究h昆明理工大学硕士学位论文.2007年9月.4liu xiaosxing , wang keshe , li fengshai study of conversion from cyanide zinc plating process to cyanide sfree processj sep.20

21、08 electroplating & pollution control vol. 28 no. 5.5袁诗璞锌酸盐镀锌彩钝层的变色故障j电镀与涂饰2010年01期.6奚兵影响锌酸盐镀锌质量的原因浅析j电镀与涂饰2009年10月，第二十八卷第10期.克诗璞氯化物镀锌液中的阴离子杂质与冇机杂质j电镀与涂饰2010年08期8王瑞祥 基于硫酸锌/硫酸铝体系的铁丝连续光亮镀j锌电镀与涂饰2010年第29卷第9期.9万仁荣；陈永言 高速硫酸盐镀锌工艺及镀层性能j材料保护2007年4月第40卷第4期.10曹莹，丁桂甫,杨春生电镀锌的纳米改性研究j电镀与环保2003, 23 (2)； 18-19.

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