無氰電鍍工藝研究與應(yīng)用探討

王惠

摘 要：由于各種技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，無氰電鍍研究不斷深入，其工藝也在不斷完善，有力推動(dòng)了行業(yè)進(jìn)步，促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是無氰電鍍電鍍工藝還存在一些問題需要解決?；诖耍疚暮喴榻B了無氰電鍍工藝研究現(xiàn)狀，探討了當(dāng)前無氰電鍍工藝的應(yīng)用，提出了解決無氰電鍍工藝不足的一些途徑，以供行業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：無氰電鍍;電鍍工藝;工藝研究;工藝應(yīng)用

氰化物是電鍍工藝中使用的原料，被各個(gè)國家廣泛使用。但是氰化物毒性很強(qiáng)，僅僅5毫克就可以致人死亡，而且一旦中毒無藥可解。傳統(tǒng)的電鍍工藝使用的電鍍液中的氰化物含量在十幾克到一百多克之間，而電鍍工作槽中的電鍍液在幾十升到上萬升不等，導(dǎo)致電鍍工藝排出的廢水中含有氰根，會污染環(huán)境，威脅人的身體健康。因此，當(dāng)前各國家陸續(xù)出臺了相應(yīng)的有氰電鍍工藝排放標(biāo)準(zhǔn)，并積極推動(dòng)新型無氰電鍍工藝研究，目的是最終取代有氰電鍍工藝，這就是研究無氰電鍍工藝的意義所在。

1無氰電鍍工藝研究現(xiàn)狀

到目前為止，國內(nèi)無氰電鍍工藝研究與應(yīng)用已經(jīng)持續(xù)三十多年，而且在二十世紀(jì)七十年代達(dá)到一個(gè)頂峰，也獲得了很多研究成果。如當(dāng)前廣泛應(yīng)用的鋅酸鹽鍍鋅，HEDP鍍銅等。當(dāng)時(shí)有一部分無氰電鍍工藝還沒有完善就被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，最終被淘汰。時(shí)間來到二十世紀(jì)八、九十年代，無氰電鍍工藝研究有迎來一波高峰。在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下，有氰電鍍工藝使用量猛增，給我國環(huán)境帶來很大的威脅，而且傳統(tǒng)電鍍工藝所需的氰化物的生產(chǎn)、儲運(yùn)、使用各環(huán)節(jié)的安全要求很嚴(yán)格，稍有疏忽就可能造成重大安全事故。國家制定嚴(yán)格的氰化物安全管理制度，其中也包括積極研究無氰電鍍工藝，以淘汰有氰電鍍工藝?；诖?，本文針對當(dāng)前無氰電鍍工藝的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單介紹，以供行業(yè)內(nèi)參考。

2無氰電鍍工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1無氰浸鋅

浸鋅工藝所用的溶液原先是不含氰的，隨著鋁合金基材的持續(xù)創(chuàng)新，特別是硅含量很高的鋁合金基材的出現(xiàn)導(dǎo)致原有的浸鋅溶液已經(jīng)不適用，因此采用了含氰浸鋅液。而純鋁和硅含量不高的鋁合金基礎(chǔ)材料的浸鋅工藝可以采用無氰化物處理。無氰浸鋅電鍍工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品的銼刀結(jié)合力測試、彎曲結(jié)合力測試結(jié)果與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品大體相當(dāng)，但熱震結(jié)合力不如后者，其主要原因在于合金化。在合金浸鋅電鍍工藝中，鎳對成核步驟產(chǎn)生影響，銅影響鍍層與基體的結(jié)合力，鐵減少鋅晶粒尺寸，同時(shí)和鋁發(fā)生微量置換反應(yīng)，與鋅生成鋅–鐵合金。有氰化物浸鋅電鍍工藝的合金化最佳，因?yàn)榍杌锟梢杂行Э刂沏~的析出，誘導(dǎo)鎳析出。而常規(guī)的無氰浸鋅工藝中無法有效控制銅的析出，導(dǎo)致析出的銅與其他金屬形成合金，而鎳的析出不足甚至無法析出，影響合金效果，最終影響結(jié)合力。因此，要到達(dá)有氰浸鋅的合金效果就必須有效控制銅的析出和鎳的析出。

2.2無氰鍍銅

通常無氰鍍銅工藝用于預(yù)鍍環(huán)節(jié)。根據(jù)銅體系pH可以將無氰鍍銅工藝分為酸性預(yù)鍍銅、堿性預(yù)鍍銅。前者只適用鋼鐵件的預(yù)鍍。根據(jù)銅離子價(jià)態(tài)可以將無氰鍍銅分為2價(jià)無氰預(yù)鍍銅、1價(jià)銅無氰鍍銅。后者的基本原理是模擬含氰化物的預(yù)鍍銅，但其鍍液非常不穩(wěn)定，需頻繁添加還原劑還原，而且鍍層光亮度不足。后者的研究應(yīng)用主要集中在焦磷酸鹽無氰鍍銅、HEDP有機(jī)多膦酸鹽無氰鍍銅兩種，焦磷酸鹽無氰鍍銅不適用鋼鐵、鋁合金、鋅合金預(yù)鍍，但能通過添加帶巰基的有機(jī)物來增加鍍層的光亮度，填平性能較好，大致和添加了光亮劑的有氰預(yù)鍍銅性能一致。HEDP無氰鍍銅適用于鋼鐵件預(yù)鍍，也能用于鋁合金預(yù)鍍銅，但獲得的鍍層光亮度很差，需要添加氧化劑，如二氧化硒等增加光亮度，填平性能差，而且如果添加過多的氧化劑會降低鍍層的牢固性。

2.3無氰鍍鋅

酸性氯化鉀鍍鋅是一種非常成熟的無氰鍍鋅工藝，具有光亮度高、電流效率高，鍍液制作使用簡便、廢水易處理的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些不足，因?yàn)樘砑游飼绊懙藉儗拥捻g性，使鍍層更脆，尤其是在添加了過多的光亮劑時(shí)更加明顯，往往會發(fā)生鍍層脫落的問題，而且高低區(qū)鍍層厚度差異較大。堿性無氰鍍鋅工藝應(yīng)用廣泛，常被用于掛鍍?，F(xiàn)在國家也出臺政策禁用含氰化物的鍍鋅工藝。傳統(tǒng)的含氰化物鍍鋅液可由堿性無氰鍍鋅液取代，從而節(jié)省因此重新開槽的成本，同時(shí)減少環(huán)節(jié)污染。但是堿性無氰鍍鋅電流效率不高，需要更加嚴(yán)格的前處理工藝，維護(hù)比較復(fù)雜。

2.4無氰鍍銅錫合金

銅錫合金抗腐蝕性能優(yōu)良，硬度比銅更高，被廣泛用于錢幣鑄造、礦機(jī)防腐等方面?，F(xiàn)階段，銅錫合金電鍍依然采用含氰化物的電鍍工藝。無氰銅錫合金研究集中在焦磷酸鹽、檸檬酸鹽這兩種，無論哪種其與有氰銅錫合金電鍍的主要不同在于合金化方式不同，合金化要求的電流密度有差異。有氰銅錫合金鍍液在合金化過程中出現(xiàn)電流密度區(qū)從低到高延伸的現(xiàn)象，而無氰銅錫合金鍍液恰恰相反，即在高電流密度區(qū)合金更容易。但有氰銅錫合金鍍液中合金需要的電流密度范圍依然更大。此外，有氰、無氰的鍍銅錫合金顏色不同，前者獲得的銅錫合金鍍層較白，后者則呈現(xiàn)烏亮;前者獲得的鍍層光亮度更好。

2.5無氰鍍黃銅或仿金

目前尚未有無氰黃銅或仿金工藝應(yīng)用于實(shí)踐的報(bào)道。因?yàn)橐秒y度非常大。本身電鍍黃銅應(yīng)用就不多，集中在輪胎鋼絲電鍍方面，目的是增強(qiáng)鋼絲、輪胎的粘合度。而仿金則引用比較廣泛，可用于首飾、裝飾品、汽車配件的電鍍。目前的無氰黃銅或仿金工藝的電流密度范圍很小，不符合生產(chǎn)要求。而且無氰黃銅工藝還存在溶液不穩(wěn)定、陽極溶解，顏色差異交較大的問題。

2.6無氰鍍銀鍍金

鍍銀鍍金現(xiàn)階段還是主要采用有氰電鍍工藝。美國在二十世紀(jì)九十年代就發(fā)布了一系列無氰鍍銀專利，以有機(jī)胺為配位劑。無氰鍍銀體系包括硫代硫酸鈉鍍銀、丁二酰亞胺鍍銀、咪唑磺基水楊酸鍍銀、煙酸鍍銀、乙內(nèi)酰脲鍍銀、亞氨基二磺酸銨鍍銀等。氰化鍍銀的電流密度范圍更寬，允許最高電流密度可達(dá)3A/dm2，而無氰鍍銀只有1A/dm2。

3 無氰電鍍工藝研究目標(biāo)和問題解決途徑

無氰電鍍工藝研究的重點(diǎn)還是鍍鋅、鍍銅。到目前為止鋅酸鹽鍍鋅工藝已經(jīng)很完善，其鍍層質(zhì)量、工藝成本能很好地滿足生產(chǎn)要求。但堿性鍍銅工藝還有待完善。無氰鍍金、無氰鍍銀是當(dāng)前需重點(diǎn)解決的問題，因?yàn)槌杀靖?，研發(fā)難度加大，但是在IT行業(yè)鍍金、鍍銀工藝非常重要，但是目前無氰鍍金、無氰鍍銀新工藝還沒能完全取代傳統(tǒng)的鍍金、鍍銀工藝。無氰電鍍工藝問題的解決途徑主要包括以下幾個(gè)方面：（1）企業(yè)、機(jī)構(gòu)之間應(yīng)該聯(lián)合推動(dòng)電化學(xué)、電鍍工藝方面的研究，爭取早日獲得研究成果，得到更多成熟的無氰電鍍工藝。（2）加大推廣力度，由國家引導(dǎo)，專家指導(dǎo)，循序漸進(jìn)地用成熟無氰電鍍工藝取代有氰電鍍，如無氰鍍鋅工藝取代有氰鍍鋅等。（3）積極引進(jìn)國外先進(jìn)的無氰電鍍技術(shù)。

結(jié)束語

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