氯化鉀鍍鋅工藝的常見問題及鍍液維護(hù)

朱卓敏*，王宗雄，儲榮邦

（1.義烏市都得益電鍍材料商行，浙江 義烏 322000；2.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會，浙江 寧波 315199；3.南京市虎踞北路4號6幢501室，江蘇 南京 210013）

氯化鉀鍍鋅工藝的常見問題及鍍液維護(hù)

朱卓敏1,*，王宗雄2，儲榮邦3

（1.義烏市都得益電鍍材料商行，浙江 義烏 322000；2.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會，浙江 寧波 315199；3.南京市虎踞北路4號6幢501室，江蘇 南京 210013）

歸納了鍍液成分及各種雜質(zhì)對氯化鉀鍍鋅的影響。分析了常見故障的原因并給出了相應(yīng)的處理方法。

氯化鉀鍍鋅；鍍液配方；工藝條件；雜質(zhì)；故障排除

隨著國家對氰化物的控制和對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)，氰化鍍鋅被強(qiáng)制性淘汰，各鍍鋅廠家紛紛改用鋅酸鹽鍍鋅或氯化物鍍鋅。與鋅酸鹽鍍鋅相比，氯化物鍍鋅的電流效率高，鍍速快，用電少，使用范圍寬，操作容易，因已受到我國電鍍業(yè)人士的普遍青睞。

此外，氯化鉀鍍鋅外觀好、光亮平整，能鈍化出多種顏色，白鈍后更像鍍鉻件，在鑄鐵和高碳鋼上也容易電鍍，而且鍍液組成簡單、性能穩(wěn)定，在日常生產(chǎn)中除帶出損失外很少消耗，一般只需定期補充添加劑即可維持。

1 常規(guī)的氯化鉀鍍鋅工藝

氯化鉀與氯化鋅的質(zhì)量濃度比一般控制在3∶(1 ～ 2)。氯化鉀的質(zhì)量濃度每增大10 g/L，光亮劑的濁點就下降3 °C。

鍍液的配制方法如下：

(1) 先用50 ～ 60 °C的水將計算量的氯化鉀溶解，用勺子撇去液面浮渣，稍作澄清后過濾入鍍槽，棄去沉渣。

(2) 將溶解好的氯化鋅加入鍍槽。

(3) 以10倍量的沸水溶解硼酸，硼酸完全溶解后，在緩慢攪拌鍍液的情況下將硼酸加入其中。

(4) 加水至規(guī)定體積，接著加入1 ～ 2 g/L鋅粉，充分?jǐn)嚢韬箪o置，過濾一次。為保證除雜效果，鋅粉可先用3%(體積分?jǐn)?shù)，下同)鹽酸溶液活化3 ～ 5 s后再加入鍍槽。再掛瓦楞鐵板，在陰極電流密度0.10 ～0.15 A/dm2的條件下電解數(shù)小時。若原材料質(zhì)量好，配制方法得當(dāng)，也可不進(jìn)行小電流電解。

(5) 調(diào)整pH至工藝規(guī)范，再加入光亮劑，攪均勻后即可試鍍。

2 鍍液成分對鍍層的影響

2.1 氯化鋅

氯化鋅易吸潮，平時應(yīng)密封保存。無水氯化鋅在水中極易溶解，伴隨放熱現(xiàn)象。鍍液在pH ＞6時有渾濁沉淀產(chǎn)生。鍍液中氯化鋅的質(zhì)量濃度高時，陰極電流密度上限高，沉積速率快，但均鍍能力和深鍍能力差，其質(zhì)量濃度過高還會造成鍍層粗糙。氯化鋅的質(zhì)量濃度低時，均鍍能力和深鍍能力有所改善，但若過低，電流開不大，邊角易燒焦。一般氯化鋅的質(zhì)量濃度為70 g/L左右。氯化物鍍鋅液屬于單鹽鍍液，所以出現(xiàn)鋅含量偏低時，可以增加陽極面積，加入適量的鹽酸，將鍍液的pH降至5.0 ～ 5.4，使陽極效率大于陰極效率，鍍液中的鋅含量便可逐漸升高。

正常生產(chǎn)中，鍍液的鋅含量一般不會下降太多，平時不用添加，關(guān)鍵是要經(jīng)常檢查陽極，做到及時補充。為了更好地防止鋅含量偏低，可將鍍液中鋅的含量控制在工藝范圍的下限附近。鋅含量的變化與所加工的產(chǎn)品有相當(dāng)大的關(guān)系，在滾鍍生產(chǎn)中，如果所加工的是薄片(如發(fā)夾、彈簧片等)，面積較大，每班必須要添加氯化鋅，不然生產(chǎn)一段時間后，沉積速率減慢，高、低電流密度區(qū)鍍層分布不勻。

劣質(zhì)氯化鋅的凈化方法：將1 ～ 2 g/L的鋅粉放在塑料桶中，用水調(diào)成糊狀，然后緩慢加入3%鹽酸溶液(每kg鋅粉需100 mL)，強(qiáng)烈攪拌使鋅粉溶解，隨后在攪拌下緩慢加入鍍液中，繼續(xù)攪拌0.5 h，靜置1 h后過濾。

2.2 氯化鉀

由于鋅電極的交換電流很大，電化學(xué)極化很小，因此如果在鍍液中單獨使用氯化鋅而不加入導(dǎo)電鹽，鍍液的導(dǎo)電性不佳，容易形成海綿狀或樹枝狀沉積，無法獲得良好的鋅鍍層。氯化鉀就是起到導(dǎo)電鹽的作用。當(dāng)然也可以加入氯化鈉作為導(dǎo)電鹽，但是鉀鹽導(dǎo)電性好，所以建議用鉀鹽。鋅離子與氯離子會形成十分穩(wěn)定的鋅氯負(fù)離子[(ZnCl4)2?]，此配離子的穩(wěn)定常數(shù)雖然很小(K = 10?1)，但這些帶負(fù)電荷的離子受到陰極電場的排斥作用，就不能在陰極上放電，從而阻止陰極的電化學(xué)反應(yīng)，起到陰極極化作用，促進(jìn)陽極正常溶解，改善鍍液的均鍍能力。另外，氯化鉀提供的大量氯離子會產(chǎn)生同離子效應(yīng)，也降低了溶液中Zn2+的濃度。氯離子的電子橋作用還對鍍鋅層與基體的結(jié)合力有較大的貢獻(xiàn)。

對于形狀復(fù)雜的零件，電鍍液中的氯化鉀最好控制在220 ～ 260 g/L，而且要采用高純度的氯化鉀，因為氯化鉀的品質(zhì)直接影響到鍍層的質(zhì)量和沉積速率，以及電鍍的分散能力。氯化鉀是白色的，純度越高越潔白。劣質(zhì)氯化鉀的凈化方法是：待氯化鉀溶解后，加雙氧水1 mL/L，強(qiáng)烈攪拌，反應(yīng)2 ～ 3 h后，用10%氫氧化鉀溶液調(diào)pH至8 ～ 9，加活性炭1 g/L，攪勻后靜置，過濾。

氯化鉀在水溫20 °C時的水溶性為340 g/L。鍍液的導(dǎo)電性隨氯化鉀含量的增加而增大，有利于提高分散能力。氯化鉀偏高可提高鍍液的深鍍能力，但光亮劑的消耗量相應(yīng)地增加。氯化鉀含量過高會降低電流密度上限，縮小光亮電鍍的操作范圍，還可能導(dǎo)致主光亮劑因鹽析而呈油狀物析出并浮在液面；反之，氯化鉀含量過低時不但導(dǎo)電性差，而且鍍液的分散能力也降低，鍍層易燒焦、發(fā)霧，光亮度不佳，同時縮小陰極電流密度范圍，鍍層產(chǎn)生暗黑色條紋，滾鍍時會產(chǎn)生滾桶眼子似的黑圈。所以氯化鉀應(yīng)定期化驗分析，也可做赫爾槽試驗。當(dāng)赫爾槽試片出現(xiàn)黑色帶狀的條紋時，在赫爾槽內(nèi)補加一定量的氯化鉀后再打片，若能消除此故障，就應(yīng)向鍍液中補充相應(yīng)的氯化鉀。

2.3 硼酸

在電鍍時，往往由于陽極電流效率大于陰極電流效率，因而鍍液的pH會緩慢上升。過高的pH會導(dǎo)致氫氧化物或堿式鹽形成并夾附于鍍層中，使鍍層粗糙、質(zhì)量惡化。氯化鉀鍍鋅溶液的pH波動極大，必須加入硼酸作為緩沖劑。但硼酸含量不宜過高，因為該工藝是在室溫下操作，特別是在冬天，硼酸在室溫下溶解度不大，過多的硼酸在鍍液中容易析出，變成不溶物，夾雜在鍍層中，也會造成鍍層粗糙等故障。反之，硼酸含量過低，緩沖效果差，電流密度上限低，鍍層容易燒焦。硼酸的用量應(yīng)控制在30 ～ 40 g/L。如果冬天天氣太冷，鍍液應(yīng)升溫至20 °C。這樣才能保證鍍鋅層的質(zhì)量。使用硼酸時，要看其是否呈白色，有硝酸味的話不能用。

2.4 光亮劑

光亮劑在電鍍生產(chǎn)中起著重要的作用。不含光亮劑的鍍液，電鍍時允許電流密度范圍很窄，不可能獲得光潔的鍍層，鍍層呈灰白色，而且很粗糙。適量的光亮劑能使鍍層細(xì)致、光亮，并能擴(kuò)大電流密度范圍，改善鍍液的分散能力和覆蓋能力。但須按光亮劑生產(chǎn)廠家的要求來添加，因為光亮劑含量不能過高，否則會使鍍層產(chǎn)生脆性，耐蝕性變差，還使鈍化困難，藍(lán)白鈍化后易泛黃、泛影，彩色鈍化膜則易脫落。

市售氯化物鍍鋅光亮劑五花八門，質(zhì)量相差甚大，有的冬天可用、夏天則不行，有的易起條紋或?qū)е洛儗影l(fā)黃。這些與載體、芐叉丙酮、輔助光亮劑的選擇和配比等諸多因素有關(guān)。在氯化鉀鍍鋅光亮劑中，采用鄰氯苯甲醛作主光劑的起光快，用于鍍白鋅尚可，彩鈍膜的附著力就較差。主光亮劑若用芐叉丙酮，特別是用了劣質(zhì)的芐叉丙酮時，鍍層易呈灰霧狀。因此，電鍍生產(chǎn)廠家在選用光亮劑時應(yīng)認(rèn)真比較。

3 雜質(zhì)對鍍層的影響及其去除方法

3.1 有機(jī)雜質(zhì)

3.1.1 危害

光亮劑是有機(jī)化合物，在電解過程中會不斷分解，它的分解物就是有機(jī)雜質(zhì)。油脂的帶入積累，原料(包括氯化鉀和氯化鋅)中也夾帶著部分有機(jī)雜質(zhì)。因此，鍍液中存在有機(jī)雜質(zhì)是難免的。當(dāng)它積累到一定量時，就會影響正常的電鍍生產(chǎn)，如造成零件的高電流密度區(qū)鍍層發(fā)暗、發(fā)霧，覆蓋能力降低，鍍層粗糙，嚴(yán)重時零件表面出現(xiàn)條紋，鈍化后不光亮，等等。

3.1.2 去除方法

有機(jī)雜質(zhì)的除去也稱凈化大處理。將鍍液加熱至45 °C左右，加入1 ～ 4 g/L活性炭，攪拌0.5 h，靜置一段時間后過濾。最好在過濾機(jī)內(nèi)加入義烏都得益生產(chǎn)的ZS氯化物鍍鋅專用助濾粉250 ～ 300 g (其用法見3.2.2.3節(jié))，這樣過濾機(jī)就不易被活性炭堵塞，免去過濾一槽鍍液需清洗幾次過濾機(jī)的煩瑣。當(dāng)鍍層質(zhì)量很差時，可先用鋅粉處理，再用活性炭處理，補充適量光亮劑后試鍍。

更為簡便的方法是用義烏都得益生產(chǎn)的ZS氯化物鍍鋅除雜劑處理。常溫下加入ZS氯化物鍍鋅除雜劑0.5 ～ 2.0 g/L，攪拌0.5 h后過濾，也可一邊生產(chǎn)一邊連續(xù)過濾，但需在過濾機(jī)(20 t/h)內(nèi)加入250 g助濾粉。最好在加入助濾粉過濾幾分鐘后，再在過濾機(jī)中加入適量的活性炭。

3.2 異金屬雜質(zhì)

3.2.1 危害

3.2.1.1 銅雜質(zhì)

鍍液中銅離子多于5 mg/L就對鍍層有較大的影響。少量的銅雜質(zhì)會使零件的低電流密度區(qū)出現(xiàn)黑色條紋。嚴(yán)重時使鍍層粗糙，能顯現(xiàn)黑色條紋或呈灰黑色，鈍化后無光、發(fā)花、發(fā)黑。銅雜質(zhì)含量再高時，鍍層呈海綿狀。

3.2.1.2 鉛雜質(zhì)

其質(zhì)量濃度大于5 mg/L就會造成鍍層呈暗灰色，鈍化時有黃褐色的膜，鈍化膜光澤差。鉛雜質(zhì)含量再高一些時，鋅難以沉積。

3.2.1.3 鐵雜質(zhì)

二價鐵達(dá)8 g/L時，零件的低電流密度處鍍層發(fā)黃。有三價鐵則零件的深凹處鍍不上鋅層。在鐵雜質(zhì)含量過高的鍍液中滾鍍時，鍍層表面會形成滾桶眼子印。鐵雜質(zhì)的產(chǎn)生有以下幾個原因：

(1) 鐵質(zhì)零件掉入槽內(nèi)后未能及時撈出，在槽液中被腐蝕而產(chǎn)生鐵雜質(zhì)。

(2) 細(xì)小的鐵屑夾在零件中被帶入滾桶，堵住了滾桶眼子，部分掉入槽中并溶于鍍液，遂產(chǎn)生鐵雜質(zhì)。

(3) 工件在未通電狀態(tài)下入槽，在槽內(nèi)滾0.5 min左右才打開電源，致使鐵雜質(zhì)大量溶于鍍液。

(4) 因清洗不徹底，直接把零件上殘留酸液中的鐵雜質(zhì)帶入鍍槽，導(dǎo)致鐵雜質(zhì)大量進(jìn)入鍍液中。

鐵雜質(zhì)的判斷方法：用水勺或燒杯取半勺或半杯鍍液，滴入幾滴雙氧水后攪拌一下，如果立即變渾濁(土紅色)，則說明鐵雜質(zhì)含量太高了。

3.2.2 去除方法

3.2.2.1 銅、鉛雜質(zhì)的處理方法

當(dāng)存在少量銅、鉛、鐵雜質(zhì)時，可以直接用電解法進(jìn)行處理。若異金屬雜質(zhì)含量較高，銅、鉛雜質(zhì)可采用鋅粉置換的方法除去，即在鍍液中加入1 ～ 2 g/L鋅粉，強(qiáng)烈攪拌0.5 h，靜置1 h后過濾、清槽。

3.2.2.2 傳統(tǒng)的鐵雜質(zhì)處理方法

許多電鍍廠都采用雙氧水來除鐵雜質(zhì)，但不調(diào)pH，加了雙氧水后也只是簡單地攪拌一下就直接生產(chǎn)，當(dāng)然他們也用過濾機(jī)在循環(huán)過濾。實際上這種方法是治標(biāo)不治本，根本不能解決問題，因為雙氧水與二價鐵反應(yīng)生成的是膠態(tài)氫氧化鐵，不易沉淀、過濾。有些廠還天天在生產(chǎn)前先加雙氧水再電鍍，殊不知雙氧水能分解光亮劑，這樣就增加了光亮劑的用量，提高了生產(chǎn)成本。

解決鐵雜質(zhì)的正確方法是：先加高錳酸鉀，分解幾分鐘后再加鋅粉，強(qiáng)烈攪拌使其生成氫氧化鐵沉淀，隨后補加小量的雙氧水來分解過量的高錳酸鉀，過濾鍍液、清槽，補充適量的光亮劑后試鍍。

注意；要嚴(yán)格控制高錳酸鉀和雙氧水的量，最好是做過小試后再處理，因為任何氧化劑都對鍍液光亮劑有害。

3.2.2.3 專用除鐵劑的使用方法

氯化鉀鍍鋅溶液除鐵一直是業(yè)界難題。傳統(tǒng)的雙氧水氧化沉淀法容易堵塞濾芯。義烏都得益電鍍材料商行經(jīng)過多年實踐，研發(fā)出一種高效除鐵粉，采用了上浮法除雜技術(shù)，使凝膠狀鐵雜質(zhì)變成泥沙質(zhì)海綿體浮至液面而被撈出，能夠常年不換濾芯，配合專用助濾粉使用，能大幅提高過濾效率。除鐵粉和助濾粉均無毒、無味、不可燃，并非危化品，可按一般化學(xué)品儲運。

ZS氯化物鍍鋅除鐵劑的用量是0.3 ～ 0.5 g/L，無需停產(chǎn)處理，添加后可直接生產(chǎn)。其使用分2種情況。

(1) 正常使用。對于24小時連續(xù)生產(chǎn)，用80 ～ 100 kg水將1 kg除鐵粉攪拌溶解成漿糊狀，每次加雙氧水前，1 000 L鍍液添加1 ～ 2 L除鐵粉漿液。

(2) 大處理。若非連續(xù)生產(chǎn)，可先將0.5 ～ 2.5 mL/L的雙氧水稀釋后加入電鍍槽，攪拌5 ～ 10 min后，再加入0.3 g/L除鐵粉(1∶80水溶解)，攪拌10 min，靜置8 ～ 12 h，鐵雜質(zhì)會形成泥沙質(zhì)海綿體浮至液面，將其撈出即可。

鍍鋅助濾粉的使用方法：每次清洗濾芯后，用2 L水(即約10倍量的水)將約250 g助濾粉攪勻后，將其吸入過濾機(jī)的濾芯中。

4 常見故障的分析與對策

4.1 鍍層起泡，結(jié)合力不好

造成鍍層起泡和結(jié)合力不好的最主要因素是前處理不良，如除油不干凈，工件上的氧化皮未被徹底清除，酸洗時間太長。為此，要加強(qiáng)前處理的管理，或改良前處理工藝，分析檢查目前的操作工藝，如縮短酸洗時間，增加酸洗緩蝕劑。

鍍液中的主光劑過多，陰極表面就會因吸附較多的有機(jī)添加劑而呈憎水性，同時有機(jī)添加劑會夾附于鍍層內(nèi)，使鍍層與基體之間分層而結(jié)合不牢。可用赫爾槽試驗來檢查光亮劑含量。若光亮劑過高，可用活性炭吸附處理來降低其含量，或用電解來消耗掉一部分。

硼酸含量過低時，鍍液的pH容易升高，若此時電流密度過大，陰極膜中pH會更高，這樣容易造成金屬的氫氧化物或堿式鹽夾附于鍍層內(nèi)，造成鍍層與金屬基體結(jié)合不牢固。此類故障較多地出現(xiàn)在零件的尖端和邊緣。出現(xiàn)該現(xiàn)象時，一方面要檢查電流，另一方面要分析硼酸含量，才能對癥下藥。在補加硼酸時，先要把硼酸溶解好，不能直接把硼酸固體加到鍍液中。在溶解硼酸時不能用槽液，要用純凈水煮沸，徹底溶解后方可加入鍍槽中去。

4.2 鍍層易燒焦、發(fā)黑，出現(xiàn)黑色條紋或斑點

造成此類故障的原因包括：前處理不良，陰極電流密度過大，光亮劑不平衡，鍍液中氯化物太少或Zn2+過低，pH過高，有機(jī)雜質(zhì)和異金屬雜質(zhì)過多。

分析時要先檢測pH，再檢查陰極電流密度。pH和陰極電流密度若無異?；蛘{(diào)整后仍不能解決的話，應(yīng)檢查前處理。加強(qiáng)鍍前處理后進(jìn)行試驗，看故障現(xiàn)象能否消除，從而確定鍍前處理是否有問題。與此同時，對鍍液各成分進(jìn)行測定，以判斷氯化物是否過少，Zn2+是否過低。也可以用赫爾槽做打片測試，通過逐漸提高某種成分的含量進(jìn)行試驗。若隨著某成分含量的提高，赫爾槽試片上的黑色條紋逐漸消失，則可確定是該成分太少。根據(jù)添加至赫爾槽內(nèi)該成分的量，便可計算鍍液中需補加的量。

4.3 黑斑(在滾鍍中也稱滾桶眼子印)

原因一：電流密度過大，造成鍍層燒焦，形成黑斑。解決方法：降低電流密度，并適當(dāng)延長電鍍時間，保證鍍層厚度。

原因二：若工件帶入的鐵屑和鍍液中的不溶物堵塞了滾桶眼子，特別是大量眼子被堵塞后，只能用部分眼子來承擔(dān)電流，由于電流不變，因此在未被堵塞的眼子處的工件因電流過大而容易燒焦，遂產(chǎn)生滾桶眼子印。解決的方法只能是清除已堵塞的滾桶眼子中的雜物，可通過浸酸使其溶解。

5 日常注意事項

(1) 必須使用過濾機(jī)，并24小時連續(xù)過濾，及時清洗和經(jīng)常更換濾芯，以保持電鍍液的潔凈。

(2) 有條件的應(yīng)采用制冷機(jī)降溫，恒溫生產(chǎn)。這樣不僅不會增加成本，反而會降低成本，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)量，提升產(chǎn)品品質(zhì)。

(3) 生產(chǎn)中盡量避免添加雙氧水，盡量少帶入鐵雜質(zhì)，做好前處理的工作。

(4) 由于導(dǎo)電銅排、銅管容易生產(chǎn)銅銹和掉入鍍液中，因此在下班之后應(yīng)經(jīng)常掛入電解板，進(jìn)行小電流電解，以減少各種金屬雜質(zhì)的干擾。

(5) 注意保持pH的穩(wěn)定，檢查電鍍液的濃度，及時添加材料，做到少加勤加。

(6) 鍍后的清洗和硝酸出光相當(dāng)重要，若發(fā)現(xiàn)出光液受污染或變色，應(yīng)及時更換。

(7) 經(jīng)常檢查各導(dǎo)電頭和接頭是否良好。

(8) 加工好的產(chǎn)品應(yīng)立即鈍化、清洗和干燥。

(9) 如碰到剛開始沉積速度快，鍍層又亮，但鍍得再久，經(jīng)硝酸出光就露底，那就是主光劑含量過高，需補加柔軟劑。加入柔軟劑后若仍無好轉(zhuǎn)，就需要加入少量的雙氧水，破壞掉部分的主光劑。

(10) 鍍液大處理后，重新生產(chǎn)若無鍍層沉積，產(chǎn)品不上鍍，那么主要是因為柔軟劑嚴(yán)重缺少和鍍液中仍含有少量的雙氧水。在這種情況下應(yīng)加大電流和補加柔軟劑。

(11) 不管生產(chǎn)有多忙，每個月必須處理電鍍液一次。

(12) 需要根據(jù)加工產(chǎn)品的不同，及時調(diào)整光亮劑的添加量和鍍液各成分的控制策略。

[ 編輯：溫靖邦 ]

Common problems and bath maintenance of potassium chloride zinc plating

ZHU Zhuo-min*, WANG Zong-xiong, CHU Rong-bang

The effects of bath components and various impurities on potassium chloride zinc plating were summarized.The reasons for common problems were analyzed and the countermeasures were given.

potassium chloride zinc plating; bath composition; process condition; impurity; troubleshooting

Yiwu Dudeyi Plating Chemicals Trading Company, Yiwu 322000, China

TQ153.12

B

1004 – 227X (2017) 15 – 0830 – 05

10.19289/j.1004-227x.2017.15.008

2016–03–24

2017–08–12

朱卓敏（1962–），男，浙江義烏人，從事電鍍添加劑的研究與開發(fā)。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) dudeyi168@126.com。