光亮鋅酸鹽鍍鋅工藝的研究

黃榮一，卜 水

（力大五金制品（昆山）有限公司，江蘇 昆山 215321）

光亮鋅酸鹽鍍鋅工藝的研究

黃榮一，卜 水

（力大五金制品（昆山）有限公司，江蘇 昆山 215321）

通過(guò)電鍍?cè)囼?yàn)研究由自制中間體配成的雙劑型鋅酸鹽鍍鋅光亮劑H-A，B的性能和應(yīng)用方向。結(jié)果表明：該光亮劑劑型合理，總體性能優(yōu)越，特別是光亮劑出光快，穩(wěn)定性高，添加范圍寬，產(chǎn)耗比佳；在ZnO 6～15g/L，NaOH 100～135g/L范圍內(nèi)可獲得既柔軟又全亮的鍍層，且結(jié)晶細(xì)致，易鈍化；高溫及極低電流時(shí)鍍層狀況良好，工藝生產(chǎn)維護(hù)方便，實(shí)用性強(qiáng)，外觀符合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)亮度的要求，商業(yè)前景廣闊。

鍍鋅；鋅酸鹽；添加劑；光亮；實(shí)用

0 前言

鋅酸鹽鍍鋅工藝是一種生產(chǎn)成本低且符合環(huán)保潮流的鍍鋅工藝，其核心在于添加劑的質(zhì)量。從劑型看，單劑型添加劑未得到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的普遍采用；傳統(tǒng)的雙劑型添加劑存在著很多缺點(diǎn)［1］；近期流行的三劑（或多劑）型添加劑（如從國(guó)外引進(jìn)的“環(huán)保鋅”添加劑），雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但售價(jià)高，使用條件苛刻，添加維護(hù)繁瑣［2－3］。從鍍層效果看，光亮性好的添加劑往往脆性大、亮度不均勻、不易鈍化。故一般商業(yè)化鋅酸鹽鍍鋅工藝只確保鍍層均勻細(xì)膩、結(jié)合力好、脆性低、易鈍化，光亮效果一般即可［4－6］，然后通過(guò)鈍化成膜提高鍍層亮度。酸性鍍鋅雖然可達(dá)光亮平滑，但存在諸多無(wú)法克服的缺點(diǎn)［7－8］。

本研究結(jié)合工廠的實(shí)際情況，根據(jù)自制光亮劑H-A，B已設(shè)定的工藝條件，首先通過(guò)測(cè)試光亮劑的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，評(píng)估光亮劑中各組分搭配的合理性；然后測(cè)試工藝條件對(duì)鍍液和鍍層性能的影響并將自制光亮劑與商業(yè)化光亮劑進(jìn)行比較。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器及藥品

試驗(yàn)所用儀器：整流器，267mL赫爾槽，進(jìn)口赫爾槽試片（鐵基亮片），體積為3L的PP槽，測(cè)厚儀，尺寸為8cm×15cm的鐵基門鎖蓋板。

試驗(yàn)所用藥品：ZnO（AR），NaOH（AR），光亮劑 H-A，B（H 組），三劑型（J組）、四劑型（C組）及單劑型（L組）商業(yè)化光亮劑。

1.2 鍍液組成及工藝條件

H-A，B均是由自制中間體配成的組合型光亮劑，原料成本低，兩者需配合使用。H-A能整體改善光亮度，防止高位燒焦；H-B能改善低位光亮度并可去除條紋。

H-A為微粉紅色透明液體，波美度為10.8～11.0，pH 值為6.8～7.0，其由具有光亮、整平、走位、耐溫（減少脆性成分）等作用組分配制而成，無(wú)金屬成分。

H-B為微黃色透明液體，波美度為12.2～12.5，pH值為6.5～6.8，其為 DE的改良體，可視作代替氰化物鍍鋅中氰化鈉的配位劑，也是除雜劑、低區(qū)光亮劑。

其余三組皆為商業(yè)化光亮劑，具體鍍液組成及工藝條件，如表1所示。

表1 鍍液組成及工藝條件

1.3 基礎(chǔ)液配制

將NaOH用計(jì)算量的1/3左右的純水?dāng)嚢?，趁熱加入事先用少量純水調(diào)成糊狀的ZnO，攪拌至全部溶解，加純水定容。攪拌1h后，加入3g/L的鋅粉并攪拌1h，沉淀后過(guò)濾溶液，靜置 （電解）12h以上，加入規(guī)定量的光亮劑攪拌至均勻即可。

1.4 工藝流程

1.5 赫爾槽試驗(yàn)

（1）光亮劑的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性

取光亮劑H-A，B，放置一定時(shí)間后，通過(guò)物理特性及試驗(yàn)判斷其是否變質(zhì)；再對(duì)工藝參數(shù)設(shè)置極限條件，試驗(yàn)判斷光亮劑的穩(wěn)定性；最后，連續(xù)施鍍多片試片，直至H-A，B消耗殆近，再按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充，觀察槽液及鍍片是否恢復(fù)，反復(fù)多次，初步判斷此工藝的補(bǔ)充和消耗是否平衡。

（2）光亮度、范圍及出光速率

在最佳工藝條件下采用四組光亮劑連續(xù)施鍍?cè)嚻娏鳛?A，時(shí)間為10min。

（3）溫度

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，考察溫度為35℃時(shí)四組光亮劑的施鍍效果，其中電流為1A，時(shí)間為10min。

（4）極低電流下工藝的性能

在最佳工藝條件下考察四組光亮劑的施鍍效果，電流為0.2A，時(shí)間為15min。

1.6 鍍液和鍍層性能測(cè)試

（1）電流效率

測(cè)試三種情況：工藝的上限、下限以及最佳工藝條件。在25℃，1A，20min的條件下，對(duì)5cm×10 cm的試片進(jìn)行施鍍，根據(jù)施鍍前后的質(zhì)量差，計(jì)算電流效率。

（2）分散能力

在25℃，1A，10min的條件下施鍍，把所得赫爾槽試片平均分成10格，每格10mm，從距離高端邊緣15mm處用測(cè)厚儀測(cè)膜厚h1，以后每增加10 mm測(cè)一點(diǎn)，共八點(diǎn)，分散能力T＝h5/h1×100%（h1，h5為第1，5點(diǎn)處膜厚）。

（3）覆蓋能力

取內(nèi)徑10mm×100mm的黃銅管測(cè)定鍍液的覆蓋能力，管的兩端正對(duì)陽(yáng)極，在25℃時(shí)分別用1，2，3A電流施鍍20min，計(jì)算公式為：覆蓋能力＝鍍亮長(zhǎng)度/管長(zhǎng)×100%。

（4）脆性

測(cè)試四種情況：工藝的上限、最佳、下限及最佳開缸量。在光亮劑超標(biāo)準(zhǔn)一倍的情況下各鍍20μm厚，用老虎鉗夾緊進(jìn)行180°往復(fù)彎曲直至試片斷裂，再用5倍的放大鏡觀察試片表面是否有鋅屑掉落。

（5）結(jié)合力

試片在常規(guī)電流密度下鍍30min，鍍后置于烘箱中，溫度為200℃，恒溫烘烤1h后立即放入水中驟冷，觀察鍍層表面有無(wú)起泡、脫落等現(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

2.1 光亮劑的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性

（1）保質(zhì)期

取光亮劑H-A，B，放置9個(gè)月后，未出現(xiàn)變色、分層、渾濁、沉淀等不良現(xiàn)象；以1A電流施鍍10 min，連續(xù)鍍4片，均能得到光亮的鍍層，表明光亮劑的保質(zhì)期至少為9個(gè)月。

（2）鍍液各組分的影響

根據(jù)工藝上限及下限配制兩組鍍液，在25℃下，以1A電流施鍍10min，連續(xù)鍍4片。試驗(yàn)中陰極表面高、低電流密度區(qū)氣泡大小和速率均勻、圓潤(rùn)無(wú)流痕。鍍液的濃度低時(shí)，氣泡較小、較慢、較密，鍍層低電流密度區(qū)比高電流密度區(qū)先亮，且時(shí)間越長(zhǎng)鍍層越亮。鍍層顏色稍黃，對(duì)著陽(yáng)光看底色上有微微的暗條紋，出光后均全片光亮。結(jié)合表1可以看出：在ZnO 6～15g/L，NaOH 100～135g/L的范圍內(nèi)，電化學(xué)效果良好，均能得到全光亮鍍層，光亮劑受兩種主要組分的影響小，使用起來(lái)相對(duì)穩(wěn)定。

（3）光亮劑添加不足及過(guò)量

在ZnO 12g/L，NaOH 130g/L，25 ℃的條件下，改變H-A，B的體積分?jǐn)?shù)，以1A電流施鍍10 min，觀察鍍層狀況，結(jié)果如表2所示。

表2 光亮劑的體積分?jǐn)?shù)對(duì)鍍層的影響

由表2可知：只有兩劑都減半時(shí)影響明顯，且易判斷補(bǔ)充。H-B劑過(guò)量時(shí)，無(wú)不良影響，這可能跟H-B劑本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)［9］。故 H-B劑可隨 H-A劑按一定比例添加，也可一次性足量添加，平時(shí)只加H-A劑即可?？梢?jiàn)光亮劑穩(wěn)定性高，添加范圍寬，維護(hù)方便。

（4）消耗和補(bǔ)給平衡

以1A電流施鍍10min，連續(xù)鍍6片后，赫爾槽試片高位的左下腳逐漸燒焦，低位逐漸發(fā)暗變黑；鍍第8片時(shí)，中低位出現(xiàn)少量白色條紋，按工藝補(bǔ)充H-A 1.5mL/L，H-B 3.75mL/L后恢復(fù)全片光亮；再鍍4片后，高位的左下腳逐漸燒焦，低位逐漸發(fā)暗變黑，再按工藝補(bǔ)充 H-A 1.5mL/L，H-B 3.75 mL/L后恢復(fù)全片光亮。以上步驟重復(fù)10次后，鍍較長(zhǎng)時(shí)間待光亮劑耗盡后，重新按照開缸量加入光亮劑，赫爾槽試片恢復(fù)全片光亮?？梢钥闯鲶w系中各組分的消耗和補(bǔ)給保持平衡。也表明兩劑中各組分的配比及電化學(xué)作用已協(xié)調(diào)穩(wěn)定，反面作用互相得到制約，電鍍時(shí)已不顯現(xiàn)。

2.2 光亮度及范圍效果比較

在最佳條件下，四組光亮劑都能得到光亮鍍層，每組赫爾槽試片均隨電鍍時(shí)間的增加而逐漸光亮。H組在1min內(nèi)可得到稍帶黃色的光亮鍍層；3min時(shí)，可得到近似亮鎳的淡黃色光亮鍍層。光亮性試驗(yàn)結(jié)果表明：H組光亮度最佳，結(jié)晶細(xì)膩平滑，出光后全片光亮，表明開缸量適合；L組效果最差，可能與ZnO的質(zhì)量濃度過(guò)高及光亮劑本身的性質(zhì)有關(guān)?？傮w效果的順序?yàn)椋篐＞J＞C＞L。

2.3 溫度的影響

隨著溫度的升高，低電流密度區(qū)的質(zhì)量逐漸變差。光亮性試驗(yàn)結(jié)果表明：J組受影響最小，可保持全光亮；H組稍有影響，但出光后可獲得全光亮鍍層。總體效果的順序?yàn)椋篐＞C＞J＞L。

2.4 極低電流的影響

極低電流下試片效果變差。光亮性試驗(yàn)結(jié)果表明：H組的光亮范圍佳?？傮w效果的順序?yàn)椋篐＞J＞C＞L。

2.5 電流效率

在不同工藝條件下測(cè)得的電流效率，如表3所示。由表3可知：工藝在最佳及上限條件時(shí)，電流效率高，故生產(chǎn)中將工藝條件控制在最佳或上限。

表3 電流效率

2.6 分散能力

選取H組工藝范圍的上限、下限及最佳條件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出分散能力良好。

表4 分散能力

2.7 覆蓋能力

在最佳條件下進(jìn)行試驗(yàn)，管內(nèi)壁均有鍍層，以鍍亮深度計(jì)算，結(jié)果如表5所示。由表5可以看出覆蓋能力佳。

2.8 脆性

四種情況下試片表面均無(wú)鋅屑掉落，特別是光亮劑的體積分?jǐn)?shù)超過(guò)工藝范圍較多時(shí)也無(wú)鋅屑掉落。說(shuō)明光亮劑對(duì)鍍層脆性的影響是很有限的，反映出本工藝既光亮又柔軟的特性。

2.9 結(jié)合力

鍍層表面無(wú)起泡、脫落等現(xiàn)象。

表5 覆蓋能力

3 結(jié)論

通過(guò)電鍍?cè)囼?yàn)研究由自制中間體配成的雙劑型鋅酸鹽鍍鋅光亮劑H-A，B的性能和應(yīng)用方向。結(jié)果表明：該光亮劑劑型合理，總體性能優(yōu)越，特別是光亮劑出光快，穩(wěn)定性好，添加范圍寬，產(chǎn)耗比佳；在ZnO 6～15g/L，NaOH 100～135g/L范圍內(nèi)可獲得既柔軟又全亮的鍍層，且結(jié)晶細(xì)致，易鈍化；高溫及極低電流時(shí)鍍層狀況良好，工藝生產(chǎn)維護(hù)方便，實(shí)用性強(qiáng)，外觀符合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)亮度的要求，商業(yè)前景廣闊。

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A Study of Zincate Bright Zinc Plating Technology

HUANG Rong－yi，BU Shui（Lida Hardware Products（Kunshan）Co.，Ltd.，Kunshan 215321，China）

The properties and application direction of the two-component zincate galvanizing brightener H-A and B prepared from self-made intermediate were studied through electroplating tests.The results show that the formulation of the brightener is reasonable and its overall performance superior，especially the brightener is fast in brightening，high in stability，wide in addition range and good in production/consumption ratio；in the range of ZnO 6～15g/L and NaOH 100～135g/L，a soft and fully bright coating can be obtained，and moreover the crystals are fine and easy to passivate；the coating condition is good at high temperature and very low current，and the technological production is easy in maintenance and very practical.The coating appearance is in line with the requirements of the domestic market on brightness.Its business prospect is promising.

galvanization；zincate；additive；bright；practical

TQ 153

A

1000-4742（2012）04-0015-04

2011-04-01