動態(tài)下高速鍍鋅工藝的研究

顧云飛, 邵忠財, 田 微, 朱學(xué)松

（1.沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110144;2.沈陽理工大學(xué),遼寧沈陽 110168）

動態(tài)下高速鍍鋅工藝的研究

顧云飛1, 邵忠財2, 田 微2, 朱學(xué)松2

（1.沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司,遼寧沈陽 110144;2.沈陽理工大學(xué),遼寧沈陽 110168）

對高速鍍鋅工藝進行了優(yōu)化,并通過SEM及X射線衍射等方法分別研究了動態(tài)條件下鍍鋅的工藝參數(shù)對鍍層微觀形貌、結(jié)晶取向度以及耐黑變性能的影響,確定最佳工藝條件為:Zn2+120 g/L,流速3.2 m/s,p H值2.2,50 A/dm2,40℃。

高速鍍鋅;黑變;結(jié)晶取向

0 前言

鍍鋅產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)牧漁業(yè)、能源、交通、化工、輕工、家電、建筑、通訊以及國防等領(lǐng)域[1-4]。動態(tài)下高速鍍鋅與靜態(tài)浸鍍鋅相比,既降低生產(chǎn)成本,減小環(huán)境污染,又可以節(jié)約人力、電力,改善工廠環(huán)境,縮小工廠面積,大大提高生產(chǎn)效率,還可以為電鍍的自動化創(chuàng)造非常有利的條件[5]。因此,本文對動態(tài)下高速鍍鋅工藝及雜質(zhì)對鍍層的影響進行了研究。

1 動態(tài)下高速鍍鋅的工藝條件

高速鍍鋅的工藝條件為:Zn2+100 g/L,流速3.2 m/s,p H值2,30 A/dm2,50℃。在其他條件不變的情況下,改變其中1個因素,研究該因素對鍍層性能的影響。

2 鍍液流速對鍍層的影響

2.1 鍍液流速對鍍層微觀形貌的影響

圖1為不同流速下所得鍍層的掃描電鏡照片。由圖1可知:鍍層表面由片狀晶粒無序地層疊在一起,流速為2.4 m/s時所得鍍層的晶粒要比流速為4.0 m/s時所得鍍層的晶粒稍微粗大。這是由于大的流速降低了濃差極化,說明隨著鍍液流速的增大,鍍層的結(jié)晶更加細致。

圖1 不同流速下所得鍍層的掃描電鏡照片

2.2 鍍液流速對結(jié)晶取向度的影響

圖2為在不同流速下所得鍍層的X射線衍射圖。由圖2可計算出在不同流速下所得鍍層的各個晶面的擇優(yōu)取向度,如圖3所示。由圖3可知:晶面（002）,（004）的擇優(yōu)取向度占優(yōu),都要大于2,但是隨著鍍液流速的增加而緩慢的減少;晶面（100）,（101）,（102）,（103）的擇優(yōu)取向度都比較小,但都隨著鍍液流速的增大而增大。

2.3 鍍液流速對耐濕熱性能的影響

試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗,實驗結(jié)果,如圖4所示。

由圖4可知:在鍍液流速為0 m/s（靜態(tài)）時,黑變程度最大,隨著流速的增大,鍍層黑變程度逐漸減小;當(dāng)流速大于3.2 m/s時,隨著流速的繼續(xù)增大,黑變程度變化不大。聯(lián)系流速對鍍層晶面擇優(yōu)取向度來看,晶面（002）,（004）的擇優(yōu)取向度減小,耐黑變能力變差,其他晶面擇優(yōu)取向度增大,耐黑變能力增強。

圖2 不同流速下所得鍍層的X射線衍射圖

圖3 鍍液流速對鍍層晶面擇優(yōu)取向度的影響

圖4 鍍液流速對鍍層黑變的影響

3 電流密度對鍍層的影響

在其他工藝條件不變的情況下,分別在電流密度為10 A/dm2,20 A/dm2,30 A/dm2,40 A/dm2,50 A/dm2下進行電鍍實驗。

3.1 電流密度對鍍層表觀形貌的影響

圖5是電流密度為10 A/dm2和50 A/dm2時所得鍍層的掃描電鏡照片。

由圖5可知:電流密度為10 A/dm2時所得鍍層的晶粒要比電流密度為50 A/dm2時所得鍍層的晶粒粗大很多;且電流密度為50 A/dm2時所得鍍層的表面相對要平整,排列更為緊密。這是由于隨著電流密度的增大,陰極極化也增大,鍍層的結(jié)晶就更加細致。

圖5 不同電流密度下所得鍍層的掃描電鏡照片

3.2 電流密度對晶面擇優(yōu)取向度的影響

圖6為在不同電流密度下所得鍍層的X射線衍射圖。由圖6計算出在不同電流密度下所得鍍層的各個晶面擇優(yōu)取向度,如圖7所示。由圖7可知:晶面（002）,（004）的擇優(yōu)取向度占優(yōu),均大于1.5,其他晶面的擇優(yōu)取向度比較小,均小于1.0;從電流密度對晶面擇優(yōu)取向度的影響來看,晶面（002）,（110）,（004）的擇優(yōu)取向度都隨著電流密度的增大而減小,晶面（004）減小得最快;晶面（100）,（101）,（102）,（103）的擇優(yōu)取向度都隨著電流密度的增大而增大。

圖6 不同電流密度下所得鍍層的X射線衍射圖

圖7 電流密度對晶面擇優(yōu)取向的影響圖

3.3 電流密度對耐濕熱性能的影響

試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗,實驗結(jié)果,如圖8所示。

由圖8可知:電流密度對鍍層的黑變程度有較大影響,總體來說,隨著電流密度的增加,鍍鋅層的耐黑變性能增強;當(dāng)電流密度為50 A/dm2時所得鍍層的耐黑變性能最強;當(dāng)電流密度小于30 A/dm2時,鍍層的黑變程度隨著電流密度的增加而快速降低;當(dāng)電流密度大于30 A/dm2時,鍍層的黑變程度隨著電流密度的增加而緩慢降低。這是因為隨著電流密度的增大,陰極極化也變大,鍍層的結(jié)晶也比較細致,耐黑變性能增強。結(jié)合電流密度對鍍層晶面擇優(yōu)取向度來看,隨著電流密度的增大,晶面（002）,（004）,（110）的擇優(yōu)取向度減小,耐黑變能力變差;其他晶面的擇優(yōu)取向度增大,耐黑變能力增強,這點與流速對鍍層影響的結(jié)果一致。

圖8 電流密度對鍍層黑變的影響

4 pH值對耐濕熱性能的影響

試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗,實驗結(jié)果,如圖9所示。

由圖9可知:當(dāng)鍍液的p H值很小時,鍍層的黑變程度很大,隨著p H值的逐漸增大,鍍層的黑變程度逐漸減小;當(dāng)p H值為2.2時,鍍層的黑變程度最小。

5 主鹽對耐濕熱性能的影響

Zn2+的質(zhì)量濃度對鍍層質(zhì)量的影響很大。在較高的電流密度下,Zn2+的質(zhì)量濃度低于80 g/L時,鍍層的表面發(fā)黑,根本得不到光亮的合格鍍層。這是因為在電鍍的瞬間,少量的Zn2+不能夠滿足高的電流密度,只有在較高的質(zhì)量濃度下,才能得到合格的鍍層。雖然隨著Zn2+的質(zhì)量濃度的增大,鍍液的黏度也變大,但是在有一定流速的情況下,黏度稍高不會影響Zn2+的擴散。

圖10為試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24 h疊片濕熱實驗的結(jié)果。

由圖10可知:隨著 Zn2+的質(zhì)量濃度的增大,鍍層的黑變程度變小,當(dāng)其質(zhì)量濃度為120 g/L時,黑變程度最小。

圖9 p H值對鍍層黑變的影響

圖10 Zn2+對鍍層黑變的影響

圖11 溫度對鍍層黑變的影響

6 溫度對耐濕熱性能的影響

圖11為試片在溫度為50℃,濕度為95%的條件下進行24小時疊片濕熱實驗的結(jié)果。

由圖11可知:隨著溫度的升高,鍍層的黑變程度慢慢降低。這是由于溫度的升高,增強了Zn2+的擴散能力,使鍍層變的細致,耐黑變性能增強。但是考慮到溫度過高對于實際生產(chǎn)線來說增加了熱能的消耗,故溫度為40℃即可。

7 結(jié)論

本文主要研究了動態(tài)下高速鍍鋅的工藝參數(shù)對鍍層的微觀形貌、耐黑變性能和晶面擇優(yōu)取向度的影響,確定最佳工藝條件為:Zn2+120 g/L,流速3.2 m/s,p H值2.2,50 A/dm2,40℃。

[1] 安茂忠.電鍍理論與技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004:87-102.

[2] 虢明芳.中國鍍鋅領(lǐng)域與鋅工業(yè)發(fā)展[J].技術(shù)與裝備,2007（3）:20-22.

[3] 俞鋼強.中國鍍鋅工業(yè)的發(fā)展及對鋅的需求[J].世界有色金屬,1999（8）:19-21.

[4] Alfanzazi M,Dreisinger D B.The role of zinc and sulfuric acid concentrations on zinc electrowinning from industrial sulfate based electrolyte[J].Journal of Applied Electrochemistry,2001,31（6）:641-646.

[5] Tripathy B C.Zinc electrowinning from acidic sulphate solutions Part IV:Effects of perfluorocarboxylic acids[J].Journal of Electroanalytical Chemistry,2004,27（10）:49-56.

A Research on High Speed Electrogalvanizing Process in Dynamic State

GU Yun-fei1, SHAO Zhong-cai2, TIAN Wei2, ZHU Xue-song2

（1.Shenyang Xinhua Aero-Electric Appliance Co.Ltd.,Shenyang 110144,China;2.Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China）

The high speed electrogalvanizing process was optimized and the effects of technological parameters on the performances of coating,including black patina resistance,micro-morphology and degree of orientation of crystal face,were investigated by SEM and XRD analyses in dynamic state respectively.The best process conditions were determined as:concentration of zinc ion 120 g/L,flow rate 3.2 m/s,p H 2.2,50 A/dm2,40℃.

high speed electrogalvanizing;black patina;crystal orientation

TQ 153

A

1000-4742（2011）06-0012-04

2010-12-27